Il vetro di quarzo puro è altamente trasparente e resistente agli agenti termici, fisico, e impatti chimici. Questi sono i presupposti ottimali per l'uso in ottica, tecnologia dei dati o ingegneria medica. Per efficiente, lavorazione di alta qualità, però, mancano processi adeguati. Gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno sviluppato una tecnologia di formatura per strutturare il vetro al quarzo come un polimero. Questa innovazione è riportata sulla rivista Materiale avanzato .

"È sempre stata una grande sfida combinare il vetro di quarzo altamente puro e le sue eccellenti proprietà con una semplice tecnologia di strutturazione, " dice il dottor Bastian E. Rapp, Responsabile del gruppo di ricerca interdisciplinare NeptunLab dell'Institute of Microstructure Technology (IMT) di KIT. Rapp e il suo team sviluppano nuovi processi per la lavorazione industriale del vetro. "Invece di riscaldare il vetro fino a 800 gradi C per formare o strutturare parti di blocchi di vetro mediante lavorazione laser o incisione, iniziamo con le particelle di vetro più piccole, " dice l'ingegnere meccanico. Gli scienziati mescolano particelle di vetro di 40 nanometri di dimensione con un polimero liquido, formare l'impasto come un pan di spagna, e indurirlo fino a renderlo solido mediante riscaldamento o esposizione alla luce. Il solido risultante è costituito da particelle di vetro in una matrice in un rapporto dal 60 al 40% vol. I polimeri agiscono come un agente legante che trattiene le particelle di vetro nelle posizioni giuste e, quindi, mantiene la forma

Questo "Glassomer" può essere fresato, trasformato, lavorati al laser o lavorati in macchine CNC proprio come un polimero convenzionale. "L'intera gamma di tecnologie di formatura dei polimeri è ora aperta per il vetro, " sottolinea Rapp. Per la fabbricazione di obiettivi ad alte prestazioni che vengono utilizzati, tra gli altri, negli smartphone, gli scienziati producono una canna di Glassomer, da cui vengono tagliate le lenti. Per vetro di quarzo altamente puro, i polimeri nel composito devono essere rimossi. Per farlo, le lenti vengono riscaldate in un forno a una temperatura compresa tra 500 e 600 gradi C e il polimero viene completamente bruciato a CO2. Per chiudere gli spazi vuoti risultanti nel materiale, le lenti sono sinterizzate a 1300 gradi C. Durante questo processo, le restanti particelle di vetro vengono addensate a vetro privo di pori.

Questa tecnologia di formatura consente la produzione di materiali in vetro altamente puri per qualsiasi applicazione, per i quali finora sono stati adatti solo polimeri. Ciò apre nuove opportunità per l'industria della lavorazione del vetro e per l'industria ottica, microelettronica, biotecnologia, e ingegneria medica. "Il nostro processo è adatto alla produzione di massa. La produzione e l'uso del vetro al quarzo sono molto più economici, più sostenibile, e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli di un polimero speciale, " spiega Rappo.

Questa è la terza innovazione per la lavorazione del vetro al quarzo che è stata sviluppata da NeptunLab sulla base di una miscela liquida vetro-polimero. Nel 2016, gli scienziati sono già riusciti a utilizzare questa miscela per lo stampaggio. Nel 2017, hanno applicato la miscela per la stampa 3D e ne hanno dimostrato l'idoneità per la produzione additiva. Nell'ambito del concorso "NanomatFutur" per ricercatori in fase iniziale, il team è stato finanziato con 2,8 milioni di euro dal Ministero federale dell'istruzione e della ricerca dal 2014 al 2018. Uno spin-off prevede ora di commercializzare Glassomer.