Vidrio plástico: físicos logran crear un cristal que se puede estirar y doblar sin romperse

E. Frankberg et al. / Science, 2019 

Científicos finlandeses han creado películas delgadas de alúmina vítrea que pueden estirarse, doblarse y ser presionado sin generar grietas. Estas propiedades permiten la creación de vidrios inorgánicos no frágiles, pero la tecnología para la producción de productos a gran escala a partir de este material aún no existe, escriben los autores en Science.

Lo que debes saber 

El vidrio es un sólido amorfo, es decir, no tiene una estructura cristalina. Muchas sustancias pueden formar materiales con esta estructura, pero los vidrios a base de sílice son la opción más común. Tales cristales se caracterizan por la transparencia y la dureza, pero también por la fragilidad, es decir, la incapacidad de deformarse sin grietas.

Las propiedades del vidrio, en particular su resistencia térmica y química, le proporcionan una gran cantidad de aplicaciones. Sin embargo, en muchos casos, la fragilidad se convierte en un problema como en las pantallas de los teléfonos inteligentes. Los investigadores tratan constantemente de mejorar el rendimiento de los cristales, pero hasta ahora están lejos de las predichas por la teoría.

La frágil estructura del vidrio 

La razón es por la estructura microscópica del vidrio: parece una distribución desordenada de átomos de silicio y oxígeno con pequeños vacíos que actúan como defectos. Si la energía mecánica no se dispersa en una deformación plástica reversible elástica o irreversible cuando se expone, entonces se acumulará cerca de estos defectos.

En el vidrio ordinario, los átomos no pueden ser desplazados, lo que ocasiona que terminen rompiéndose y formando nuevos enlaces con otros defectos, lo que consume energía, por lo tanto, aparece una grieta y el vidrio se rompe.

La nueva investigación  

Ahora, los científicos dirigidos por Erkka Frankberg de la Universidad de Tampere en Finlandia investigaron películas de vidrio delgadas compuestas de alúmina Al2O3. Dicho material es capaz de estirarse y contraerse sin agrietarse si inicialmente no tenía defectos. Los investigadores compararon el comportamiento de la sustancia resultante con metales.

Los autores obtuvieron el nuevo vidrio mediante pulverización con láser pulsado, es decir, evaporación de la sustancia cristalina inicial, seguido de deposición sobre un sustrato. Como resultado, se obtuvieron películas con un espesor de 60 nanómetros y aproximadamente dos micras de longitud, transparentes como el vidrio ordinario, pero mucho menos frágiles.

En particular, las películas podían estirarse en un 8%, doblarse por la mitad y ser presionados. Estos cambios fueron plásticos, es decir, el material no tomó su forma original después de la eliminación de las influencias externas.


Resultados de simulaciones (azul) y experimentos (naranja) sobre el estiramiento de la alúmina vítrea. El gráfico muestra la dependencia de la tensión de tracción del alargamiento. Las incisiones muestran el estado de la muestra antes (izquierda) y después (derecha) del experimento. Se observó un aumento significativo en la longitud, que se mantuvo después del descanso.
E. Frankberg et al. / Science, 2019

Las razones del vidrio plástico 

Para aclarar las razones de estas propiedades, los científicos examinaron las muestras obtenidas utilizando un microscopio electrónico. Un modelo de computadora basado en los datos obtenidos mostró que, en primer lugar, una estructura libre de defectos con un denso paquete de átomos fue la responsable. Además, en dicho vidrio, los átomos podrían ser desplazados por acción externa.

Los científicos señalan que los resultados demuestran la posibilidad de utilizar películas plásticas de vidrio de óxido de aluminio en la actualidad. Dichos productos pueden ser útiles en la fabricación de baterías y productos electrónicos. Potencialmente, puede haber otras aplicaciones, pero para esto es necesario aprender cómo crear productos grandes con las propiedades deseadas, y los autores aún no pueden ofrecer algo así.

Anteriormente, los científicos lograron hacer el vidrio aún más transparente con la ayuda de nano texturas, convertir las partículas de vidrio que caen en una pantalla completa y crear una red neuronal de vidrio basada en la dispersión de la luz.

 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

Sobre N+1: Es la primera revista online de divulgación científica y tecnológica que permite la reproducción total o parcial de sus contenidos por medios de comunicación, bloggers e influencers, realizando la mención del texto y el enlace a la web: “Esta noticia ha sido publicada originalmente en la revista N+1, ciencia que sumawww.nmas1.org”. 

Suscríbete

Déjanos tu mail para recibir nuestro boletín de noticias

La confirmación ha sido enviada a tu correo.