Gli ingegneri meccanici e gli scienziati dei materiali dell'UCLA hanno sviluppato un processo che utilizza nanoparticelle per rafforzare la struttura atomica del vetro. Il risultato è un prodotto almeno cinque volte più resistente di qualsiasi vetro attualmente disponibile.

Il processo potrebbe produrre vetro utile per applicazioni industriali, in componenti di motori e strumenti in grado di resistere alle alte temperature, per esempio, così come per le porte, tavoli e altri elementi architettonici e di design.

Lo studio è stato pubblicato online sulla rivista Materiale avanzato e sarà incluso in una futura edizione cartacea. Gli autori hanno scritto che lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato anche per la produzione di ceramiche più resistenti che potrebbero essere utilizzate, Per esempio, in componenti di veicoli spaziali che sono meglio in grado di resistere al calore estremo.

Nella scienza dei materiali, La "tenacità" misura quanta energia un materiale può assorbire e quanta può deformarsi senza rompersi. Mentre il vetro e la ceramica possono essere rinforzati con trattamenti esterni, come i rivestimenti chimici, questi approcci non cambiano il fatto che i materiali stessi sono fragili.

Per risolvere quel problema, i ricercatori dell'UCLA hanno preso spunto dalla struttura atomica dei metalli, che può prendere un martellamento e non rompersi.

"I legami chimici che tengono insieme il vetro e la ceramica sono piuttosto rigidi, mentre i legami nei metalli consentono una certa flessibilità, " ha detto Xiaochun Li, il Raytheon Professor of Manufacturing presso la UCLA Samueli School of Engineering, e il ricercatore principale dello studio. "In vetro e ceramica, quando l'impatto è abbastanza forte, una frattura si propagherà rapidamente attraverso il materiale in un percorso prevalentemente rettilineo.

"Quando qualcosa colpisce un metallo, i suoi legami chimici più deformabili agiscono come ammortizzatori e i suoi atomi si muovono mentre tengono insieme la struttura."

I ricercatori hanno ipotizzato che infondendo al vetro nanoparticelle di carburo di silicio, una ceramica simile al metallo, il materiale risultante sarebbe in grado di assorbire più energia prima di fallire. Hanno aggiunto le nanoparticelle nel vetro fuso a 3, 000 gradi Fahrenheit, che ha contribuito a garantire che le nanoparticelle fossero disperse in modo uniforme.

Una volta che il materiale si è solidificato, le nanoparticelle incorporate potrebbero fungere da ostacoli a potenziali fratture. Quando si verifica una frattura, le minuscole particelle lo costringono a ramificarsi in minuscole reti, invece di permettergli di prendere una strada dritta. Tale ramificazione consente al vetro di assorbire molta più energia da una frattura prima che causi danni significativi.

sinterizzazione, in cui una polvere viene riscaldata sotto pressione, e poi raffreddato, è il metodo principale utilizzato per fare il vetro. Era anche il metodo utilizzato in precedenti esperimenti da altri gruppi di ricerca per disperdere le nanoparticelle in vetro o ceramica. Ma in quegli esperimenti, le nanoparticelle non sono state distribuite uniformemente, e il materiale risultante aveva una durezza irregolare.

I blocchi di vetro che il team dell'UCLA ha sviluppato per l'esperimento erano un po' lattiginosi, piuttosto che chiaro, ma Li ha detto che il processo potrebbe essere adattato per creare vetro trasparente.