Glas ongeveer zo sterk als staal ontwikkeld

Share Button

Doorzichtige materialen zijn of erg krasgevoelig, of erg breekbaar. Dit tot frustratie van veel smartphonebezitters. Nu is er eindelijk een materiaal ontwikkeld, dat bijna even sterk is als staal, maar volkomen doorzichtig. Opmerkelijk genoeg: voorspeld in Star Trek…

De nieuwe glassoort bestaat uit aluminium- en tantaaloxide.

De nieuwe glassoort bestaat uit aluminium- en tantaaloxide.

Glassoorten met een hoge elasticiteitsmodulus (in het dagelijks leven beter bekend als: breukvastheid) zijn al jaren erg gewild, omdat ze dezelfde sterkte leveren bij een kleinere dikte. De industrie smeekt om dunner en lichter glas, om deze toe te kunnen passen in ramen, smartphones en substraten voor beeldschermen.

Glas is een doorzichtig, kristalloos mengsel van metaalionen en negatieve ionen (bijvoorbeeld silicaat en oxides). Bij de glasfabricage is het erg belangrijk om te voorkomen dat zich kristallen vormen. Deze maken het glas ondoorzichtig. Kristallen vormen zich als er een condensatiekern aanwezig is. Is er eenmaal een begin van een kristal, dan groeit dit razendsnel.

Helaas blijkt bij glassoorten met sterk geladen ionen, zoals aluminium (3+) en tantaal (5+), dat  er erg weinig nodig is om de kristalvorming op gang te brengen. In feite blijkt elk type container dit glas te laten kristalliseren. Jammer, want door die sterk geladen ionen wordt de ionbinding, en dus het glas nu juist erg sterk.  Ten einde raad greep een groep Japanse onderzoekers naar een radicale methode. In hun nieuwe productieproces zweeft het glas, met 54% aluminiumoxide en 46% tantaaloxide, in de lucht met aerodynamische levitatie (luchtstroom) en worden lasers als roerlepels gebruikt. Het resulterende glas bleek erg mooi: kleurloos en transparant voor licht en heeft ook erg goede optische eigenschappen. Tantaal is een zwaar atoom, waardoor het glas erg zwaar is en een hoge brekingsindex heeft (1,94). Ook de combinatie van hardheidseigenschappen is erg mooi: de elasticiteitsmodulus (een maat voor de treksterkte) is bijna even groot als die van staal en de Vickers hardheid (maat voor onder meer de krasgevoeligheid) ongeveer een derde.

Aluminium is overvloedig aanwezig, maar tantaal is erg schaars. In het universum zelfs schaarser dan goud. De winning van het tantaal-houdende erts coltan (tantaliet) in de Democratische Republiek Congo (het vroegere Zaire) en andere Afrikaanse landen, de voornaamste bronnen, is erg omstreden, omdat dit vaak onder erbarmelijke omstandigheden door dwangarbeiders gebeurt. Door deze ontdekking zal deze ellende vermoedelijk flink toenemen.

Bron
Gustavo A. Rosales-Sosa et al. High Elastic Moduli of a 54Al2O3-46Ta2O5 Glass Fabricated via Containerless Processing, Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep15233

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

2 reacties

  1. bemoeier schreef:

    En is polycarbonaat ook geen optie?

  2. ongelovige Thomas schreef:

    polycarbonaat , enigste doorzichtige materiaal wat gewoon dubbel te buigen is zonder dat het breekt.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger