Výskumníci z University of Bayreuth v spolupráci s čínskymi a americkými vedcami vyvinuli sklo, ktoré sa vyznačuje bezkonkurenčnou pevnosťou. Za pomoci vysokého tlaku a teploty úspešne vytvorili parakryštály v skle z aluminosilikátu.
Týmto procesom vznikajú v skle kryštálovité štruktúry, ktoré mu umožňujú ustáť aj mimoriadne veľký stres. Tieto špeciálne vlastnosti si materiál drží aj v ambientných podmienkach, teda pri normálnych teplotách a normálnom tlaku. Ako autori štúdie vysvetľujú, parakryštalizácia sa ukázala byť sľubným procesom výroby skla, ktoré je veľmi náročné rozbiť.
Sklo je pre moderné technológie atraktívnym materiálom v mnohých aspektoch. Jeho najväčšou nevýhodou je však krehkosť, čo mu aj bráni nájsť uplatnenie v rôznych odboroch. Autori novej štúdie sa však rozhodli vydať o niečo iným smerom, ako predchádzajúce práce pokúšajúce sa vyrobiť pevnejšie sklo.
Výskum začal výrobou oxidových skiel, ktoré sa vyznačujú neusporiadanou internou štruktúrou. Pomocou aluminosilikátu, ktorý obsahuje kremík, hliník, bór a kyslík, výskumníci dokázali tomuto neusporiadanému sklu dodať novú štruktúru. To sa im podarilo pri tlaku medzi 10 a 15 Gigapascalmi a teplotou okolo tisíc stupňov Celzia. Atómy kremíku, hliníku, bóru a kyslíku sa usporiadali do kryštálovej štruktúry, ktorá sa nazýva parakryštalická.
Mimoriadne pevné sklo
Aj keď teplota a tlak klesnú na normálne hodnoty, parakryštalická štruktúra aluminosilikátového skla ostáva. Autori štúdie vysvetľujú, že vďaka tomu získava sklo neuveriteľnú pevnosť. Zároveň si vedci všimli, že transparentnosť skla nie je parakryštálmi nijak ovplyvnená. Pôsobivú pevnosť dosiahlo sklo tak, že keď naň pôsobí sila, ktorá by ho normálne rozbila, tá je presmerovaná na parakryštalické štruktúry.
Oblasti týchto štruktúr sa následne transformujú späť do amorfného tvaru. Znamená to, že sklo ako celok má oveľa väčšiu internú plasticitu. V praxi sa to prejaví tak, že nepraskne ani pod väčšími silami.
“Náš objav poukazuje na efektívnu stratégiu pre výrobu vysoko odolného skla. Plánujeme túto stratégiu v nasledujúcich rokoch preskúmať viac. Zväčšenie sily parakryštalizáciou ukazuje štruktúrne zmeny na úrovni atómov. To môže mať výrazný dopad na vlastnosti skla. Na tejto úrovni však otvárame dvere k optimalizovaniu skla spôsobmi, ktoré ani zďaleka nie sú vyčerpané,” tvrdí profesor doktor Tomoo Katsura, jeden z autorov štúdie.
Nové sklo dosahuje hodnotu pevnosti až do 1,99 MPa, čo je pevnosť, aká nebola pri žiadnom skle nameraná. Autori štúdie veria, že s pevnejším sklom by tento materiál mohol postupne nachádzať uplatnenie aj v ďalších odboroch. Ako sme už spomenuli, sklo má atraktívne vlastnosti, no to že sa jednoducho rozbije z neho nerobí práve najlepší materiál do praxe. Vytvorenie pevnejšieho skla by ho teda mohlo posunúť aj do ďalších sfér priemyslu.
