Современный смартфон стал таким популярным благодаря многочисленным технологиям, в том числе более мощным мобильным процессорам и усовершенствованным мобильным сетям, но нельзя сбрасывать со счетов и влияние закаленного стекла. Такие материалы, как Corning Gorilla Glass, позволили носить высокопроизводительные устройства с большим экраном прямо у себя в кармане, не опасаясь загнать осколки стекла себе в ногу при каждом случайном ударе о стол. Тем не менее даже самые современные прочные стекла имеют уязвимые места. Однако все может измениться, если экспериментальный материал из Университета Байройта в Германии оправдает возлагаемые на него надежды. Ученые заявили, что им удалось создать алюмосиликатное стекло, которое очень сложно разбить.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Materials, ученые 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 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 равномерна, как настоящая кристаллическая структура. Это как бы промежуточная стадия между аморфными и кристаллическими материалами. Выше вы можете увидеть пресс высокого давления с ведущим специалистом 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.
Слева: аморфное стекло, справа: паракристаллическое стекло; более светлые области более упорядочены. Источник: Университет Байройта / Ху Танг
В других видах стекла внешние силы вызывают микроскопические разрывы и внутренние трещины. В конечном итоге такое давление может привести к переломам, даже если на последнем этапе производства воздействие было относительно слабым. В экспериментальном алюмосиликатном стекле эти силы поглощаются паракристаллическими структурами. Структуры растворяются, возвращая стекло в аморфное, неупорядоченное состояние. Однако оно не трескается.
На данный момент этот высокопрочный материал существует только в виде небольших образцов в лаборатории Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики. Пока неясно, можно ли масштабировать производственный процесс до уровня, необходимого для коммерческих изделий из стекла, но команда ученых собирается найти инвесторов и попробовать наладить производство в ближайшем будущем. «Наше открытие подчеркивает эффективную стратегию в разработке высокопрочных стеклянных материалов, которую мы планируем продолжить в наших исследованиях в ближайшие годы», — говорит Тан.
