eruditos que Universidad de Bayreuth Hicieron vidrio de óxido de extraordinaria dureza en colaboración con socios en China y Estados Unidos. Los investigadores han logrado cristalizar vidrio de aluminosilicato a altas presiones y temperaturas: las estructuras cristalinas permiten que el vidrio resista presiones muy altas y se mantenga estable en condiciones ambientales.

Los resultados indicaron que la cristalización parece ser un proceso prometedor para producir vidrio excepcionalmente irrompible. Los investigadores presentaron sus hallazgos en materiales de la naturalezadonde también participó en el Sincrotrón de Electrones de Alemania (DESY) en Hamburgo.

El vidrio es un material atractivo para las tecnologías modernas en muchos sentidos. Sin embargo, debido a su fragilidad, que invariablemente conduce a grietas y fracturas, sus aplicaciones potenciales son limitadas. Los intentos de mejorar significativamente la dureza del vidrio manteniendo sus propiedades útiles no lograron el resultado deseado.

El nuevo enfoque presentado en materiales de la naturaleza Comienza con el vidrio de óxido, que tiene una estructura interna algo turbulenta y es el material de vidrio más utilizado en la industria. El grupo de investigación de Alemania y China logró dar una nueva estructura que contiene aluminio y silicatos que contienen silicio, aluminio, boro y oxígeno. Utilizaron técnicas de alta presión y alta temperatura en el Instituto de Investigación de Geoquímica y Geofísica Experimental (BGI) de la Universidad de Baviera de Bayreuth.

Los átomos de silicio, aluminio, boro y oxígeno se agregan para formar estructuras cristalinas a presiones de 10 a 15 GPa y temperaturas de aproximadamente 1000 °C. Estas estructuras se denominan «paracristalinas» porque difieren notablemente de una estructura completamente irregular pero no se parecen a la estructura regular neta de los cristales.

Este estado intermedio entre las estructuras cristalinas y las irregularidades amorfas ha sido dilucidado mediante análisis experimentales utilizando técnicas de espectroscopia y cálculos teóricos.

Las estructuras cristalinas permanecen en el vidrio de aluminosilicato incluso después de que la presión y la temperatura se reduzcan a niveles ambientales normales. Debido a la penetración de estas estructuras en el vidrio, la dureza del vidrio es muchas veces mayor que antes de la cristalización. Ahora puede alcanzar valores de hasta 1,99 ± 0,06 MPa (m) ¹/². Esta es una dureza no medida previamente para el vidrio de óxido. Al mismo tiempo, las estructuras cristalinas tienen poco efecto sobre la transparencia del vidrio.

La excepcional resistencia del vidrio se explica por el hecho de que las fuerzas que actúan sobre el vidrio desde el exterior, que normalmente provocan roturas o grietas en el interior, ahora se dirigen principalmente contra las estructuras cristalinas.

Disuelven partes de estas estructuras y las devuelven a un estado amorfo aleatorio. Como resultado, el vidrio en su conjunto gana una mayor flexibilidad interna, lo que hace que sea menos probable que se rompa o agriete cuando se somete a estas fuerzas o incluso a fuerzas más fuertes.

Nuestro descubrimiento destaca una estrategia efectiva para desarrollar materiales de vidrio altamente tolerantes a daños, que planeamos seguir a través de nuestra investigación en los próximos años..

Dr. Hu Tang, primer autor del estudio, Universidad de Bayreuth

«El aumento de dureza debido a la cristalización muestra que los cambios estructurales a nivel atómico pueden tener un impacto significativo en las propiedades del vidrio de óxido. A este nivel, existe un gran potencial de mejora del vidrio como material que está lejos de agotarseEl profesor Dr. Tomo Katsura del Instituto de Investigación de Geoquímica y Geofísica Experimental de Baviera concluye.

Referencia de la revista:

Tang, H.; y otros. (2023). Endurecimiento de copas de óxido por recristalización. materiales de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41563-023-01625-x.

fuente: https://www.uni-bayreuth.de/ar