Neuartiger Prozess für bruchsicheres Glas
Wem das Smart Phone schon einmal auf den Boden gefallen ist, kennt das Gefühl, wenn man es aufhebt und umdreht, in der Hoffnung, dass das Display nicht (zu sehr) in Mitleidenschaft gezogen wurde. Diese Schrecksekunden gehören bald der Vergangenheit an – dank Forschern, die Glas weniger brüchig machen.
Das Glas von Smart Phone-Displays gehört zur Klasse der Oxid-Gläser, in denen normalerweise vier Sauerstoffatome mit einem Silikonatom verbunden sind. So entsteht ein rigides Netz, welches keine plastische Deformation erlaubt. Wenn also starker Stress auf die Struktur einwirkt, bricht das Glas – genau wie wenn man das Smart Phone fallen lässt.
Prof. Yunfeng Shi und seine KollegInnen von Rensselaer haben durch Simulationen herausgefunden, dass Quarzglas, hergestellt durch Kompression von Siliziumdioxid-Nanopartikeln, bis zu 100 Prozent gebogen werden können, ohne dabei zu brechen. Zudem fanden sie heraus, dass erhöhte Verformbarkeit auftritt, wenn Silikon mit fünf statt vier Sauerstoffatomen bindet. Dies nennt man auch fünffaches Silizium, das bei Stresseinwirkung die Kräfte abscheren kann.
„Die Kompression ändert also tatsächlich die Struktur des Materials“, sagt Shi. Durch die erhöhte Plastizität kann Glas also grösseren Kräften Stand halten, ohne dass es bricht. Diese Entdeckung hat zahlreiche weitere Anwendungen, nicht nur in unseren Smart Phone-Displays. „Dieses Glas ist so hart wie Stahl. Wenn das Glas also genügend gehärtet werden kann, könnte es Stahl ersetzen. Unser grösstes Ziel ist es, einen durchsichtigen Konstruktionswerkstoff zu erstellen“, erklärt Shi.
Die Entdeckung dieses Prozesses basiert auf molekularen Simulationen. Der nächste Schritt führt also ins Labor zum Testen.
Die Ergebnisse der Forschungsgruppe um Prof. Yunfeng Shi wurden kürzlich in Nano Lett. publiziert.
Quelle (Englisch): https://nano-magazine.com/news/2019/9/24/new-process-could-make-glass-less-likely-to-break