Підтримати проект
Фізики отримали пластичне скло
Технології, 18.11.2019 23:12

Вчені створили тонкі плівки з скловидного оксиду алюмінію, які можна розтягувати, стискати і згинати без появи тріщини при кімнатній температурі.

Ці властивості дозволяють створювати некрупкій вид скла, але технології виробництва великомасштабних виробів з цього матеріалу поки не існує, пишуть автори в журналі Science.

Скло - це аморфне тверде тіло, тобто не володіє кристалічною структурою. Безліч речовин може формувати матеріали з такою структурою, але найбільш поширеним варіантом є скла на основі оксиду кремнію.

Таке скло характеризуються прозорістю і твердістю, але також крихкістю, тобто нездатністю деформуватися без появи тріщин.

Властивості скла, особливо його термічна і хімічна стійкість, забезпечили йому велику кількість застосувань. Однак у багатьох випадках крихкість стає проблемою: наприклад, через неї тріскаються екрани смартфонів.

Причина полягає в мікроскопічній будові скла - воно виглядає як невпорядкований розподіл атомів кремнію і кисню з невеликими порожнинами, що грають роль дефектів. Якщо механічна енергія при наданні впливу не витрачається на оборотну еластичну або необоротну пластичну деформацію, то вона буде накопичуватися близько дефектів.

У звичайному склі атоми не можуть зміщуватися, розриваючи старі і створюючи нові зв'язки з іншими, на що витрачається енергія, тому в результаті виникає тріщина і скло розколюється.

Вчені під керівництвом Ерккі Фракенберга (Erkka Frankberg) з Університету Тампере в Фінляндії досліджували тонкі скляні плівки, що складаються з оксиду алюмінію Al2O3. Виявилося, що такий матеріал здатний пластично розтягуватися і стискатися без утворення тріщин, якщо в ньому спочатку були відсутні дефекти. Дослідники порівнюють поведінку отриманої речовини з металами, на які звичайне скло не схоже.

Автори отримували нове скло за допомогою імпульсного лазерного напилення, тобто випаровування вихідної кристалічної речовини з подальшим осадженням на підкладці.

В результаті виходили плівки товщиною в 60 нанометрів і близько двох мікрон в довжину, які виявилися прозорими подібно звичайному склу, але набагато менш крихкими.

Зокрема, їх можна було розтягувати на 8 відсотків, стискати в два рази і згинати. Ці зміни були пластичними, тобто матеріал не приймав вихідну форму після зняття зовнішнього впливу.

Для прояснення причини таких властивостей вчені досліджували отримані зразки за допомогою електронного мікроскопа. Створена на основі отриманих даних комп'ютерна модель показала, що в першу чергу за це була відповідальна бездефектна структура з щільною упаковкою атомів. Також в такому склі атоми могли зміщуватися при зовнішньому впливі.

Вчені відзначають, що результати демонструють можливість використання пластичних скляних плівок з оксиду алюмінію вже сьогодні.

Наприклад, подібні вироби можуть стати в нагоді в виробництві акумуляторів і електроніки. Потенційно можуть бути і інші застосування, але для цього необхідно навчитися створювати великі вироби з потрібними властивостями, а такого способу автори поки запропонувати не можуть.

Технології, 18.11.2019 23:12