Ученые использовали экстремальную температуру и давление для создания самого прочного стекла в истории

Современный смартфон появился благодаря многочисленным технологиям, в том числе более мощным мобильным процессорам и расширенным мобильным сетям, но нельзя сбрасывать со счетов и эффект закаленного стекла. Такие материалы, как Corning Gorilla Glass, позволили носить стеклянный сэндвич в кармане, не застревая в ноге осколками каждый раз, когда вы натыкаетесь на стол, но даже новейшие прочные стеклянные материалы являются слабым местом. Это может быть неправдой, если экспериментальный материал из Университета Байройта в Германии оправдает эту шумиху. Исследователи говорят, что им удалось создать алюмосиликатное стекло, которое гораздо труднее разбить.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Materials, исследователи начали с обычного оксидного стекла. Его объединили с алюмосиликатом, который содержит кремний, алюминий, бор и кислород. Используя высокое давление и температуру, команда смогла придать стеклу новую структуру, основанную на паракристаллизации.

Стекло было нагрето до 1832 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию) под давлением от 10 до 15 гигапаскалей. В этих условиях алюмосиликат превращается в кристаллоподобную структуру — ее называют паракристаллической, потому что она более упорядочена, чем обычное стекло, но не так регулярна, как настоящая кристаллическая структура. Это как бы промежуточная стадия между аморфными и кристаллическими материалами. Выше вы можете увидеть пресс высокого давления с ведущим автором Ху Таном.

Когда стекло освобождается от чрезмерного тепла и давления, паракристаллические структуры остаются неповрежденными. Исследователи измерили прочность на излом в 1,99 мегапаскалей, что является значительным улучшением по сравнению с химически упрочненным стеклом, которое в настоящее время представлено на рынке. Например, компания Corning утверждает, что Gorilla Glass Victus имеет прочность на излом 0,76 мегапаскаля.

В других стеклах внешние силы приводят к микроскопическим разломам и внутренним трещинам. В конечном итоге такое напряжение может привести к переломам, даже если последнее воздействие было относительно слабым. В экспериментальном алюмосиликатном стекле эти силы поглощаются паракристаллическими структурами. Структуры растворяются, возвращая стекло в аморфное, неупорядоченное состояние. Зато не трескается.

В настоящее время этот материал существует только в виде небольших образцов в лаборатории Баварского университетского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики. Неясно, можно ли масштабировать производственный процесс до уровня, необходимого для коммерческих изделий из стекла, но команда собирается попытаться. «Наше открытие подчеркивает эффективную стратегию разработки высокоустойчивых к повреждениям стеклянных материалов, которую мы планируем продолжить в наших исследованиях в ближайшие годы», — говорит Тан.