Sklo pevné skoro jako ocel  
Materiáloví vědci překonali nesnáze při výrobě skla s velkým obsahem oxidu hlinitého pomocí aerodynamické levitace a udělali sklo pevnější, než většina kovů.

 

Transmitance, množství světla o určité vlnové délce, které prošlo sklem. Kredit: Rosales-Sosa et al. (2015).
Transmitance, množství světla o určité vlnové délce, které prošlo sklem. Kredit: Rosales-Sosa et al. (2015).

Běžné sklo je sice krásné, ale nebývá zrovna vzorem pevnosti. Nicméně, i sklo může klamat tělem. Gustavo Rosales-Sosa z Institut průmyslových věd Tokijské univerzity a jeho kolegové vyvinuli sklo, které je obstojně průhledné, ale přitom je pevnější, než celá řada kovů. Svůj výzkum publikovali v časopisu Scientific Reports.

 

 

Gustavo Rosales-Sosa. Kredit: G. Rosales-Sosa
Gustavo Rosales-Sosa.
(Kredit: G. Rosales-Sosa)

Nerozbitné a přitom pěkně průhledné sklo, které by vydrželo pád přístroje na zem anebo divokou srážku, by s otevřenou náručí uvítali v mnoha různých aplikacích. Jen si to představte, bezpečná okna, chytré telefony a tablety, po kterých mohou šlapat děti, a nic se jim nestane. Materiáloví vědci se o to samozřejmě snaží už dlouho a hledají různé cesty, jak vytvořit pevnější sklo.

 


Jednou z možností, jak toho dosáhnout, je přidání většího množství oxidu hliníku, konkrétně oxidu hlinitého (Al2O3), tedy aluminy. Dřívější výzkumy ukázaly, že sklo s vyšším obsahem oxidu hlinitého by mohlo být mnohem pevnější než tradiční sklo. Až doposud to ale byly jenom teoretické úvahy a vědcům se nedařilo a nedařilo takové sklo vyrobit. Během výrobního procesu totiž dochází k zásadnímu zvratu, kdy větší množství aluminy ve směsi pro výrobu skla způsobí, že se v místě dotyku směsi s povrchem nádoby vytvoří krystaly oxidu křemičitého (SiO2). V té chvíli je směs pro výrobu skla nepoužitelná.

 

Oxid hlinitý, alumina. Kredit: Ondřej Mangl / Wikimedia Commons.
Oxid hlinitý, alumina. Kredit: Ondřej Mangl / Wikimedia Commons.

Rosales-Sosa a spol. ale vymysleli trik, jak nesnáz s krystaly oxidu křemičitého překonat. Je to geniálně jednoduché, prostě vynechali z procesu výroby nádobu. Použili totiž takzvanou aerodynamickou levitaci, během níž drží směs pro výrobu skla ve vzduchu proud kyslíku. Jako míchadlo při aerodynamické levitaci využili laserovým paprsek. Výsledkem převratného výrobního postupu je sklo označované jako 54Al2O3-46Ta2O5 s rekordním obsahem oxidu hlinitého, který přesahuje všechny dosavadní vyrobená skla. Na jeho struktuře se očividně podílí i oxid tantaličný (Ta2O5).

 

 

Oxid tantaličný. Kredit: Kamil9243 / Wikimedia Commons.
Oxid tantaličný. Kredit: Kamil9243 / Wikimedia Commons.


Testy nového skla ukazují, že je pevnější než většina kovů a téměř tak pevné jako ocel. I spolupracující badatelé Japonského výzkumného institutu synchrotronového záření pomocí MAS NMR (Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance) spektroskopie potvrdili unikátní strukturu nového skla. Mezi výzkumem Tokijské univerzity a intenzivní výrobou chytrých telefonů s nerozbitným sklem už stojí v podstatě jediná klíčová věc – technologie ekonomicky přijatelné průmyslové výroby takového skla. Rosales-Sosa a spol. na tom pracují a podle všeho jsou si jistí, že se jim to brzy povede.


Literatura
Tech Xplore 4. 11. 2015, Scientific Reports 5: 15233, Wikipedia (Magic angle spinning).

 

Datum: 07.11.2015
Tisk článku

Sklo v Praze - Lněničková Jitka
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 495 Kč
cena: 391 Kč
Sklo v Praze
Lněničková Jitka
Související články:

Supertvrdé sklo ze suchého ledu     Autor: Martin Šrubař (30.06.2006)
Rekordně tenké sklo má tloušťku jen na dva atomy     Autor: Stanislav Mihulka (15.09.2013)
Chytré sklo proti horku a zimě     Autor: Martin Tůma (04.12.2013)
Schránky měkkýšů inspirovaly odolné supersklo     Autor: Stanislav Mihulka (10.02.2014)



Diskuze:

Jaká pevnost?

Jirka Niklík,2015-11-15 12:18:03

"Pevnost" je dost pofidérní pojem, nauka o materiálech rozlišuje spoustu různých pevností. Taky rozlišuje spoustu ocelí, když se tu to sklo s ocelí srovnává, leckterá se dá ohýbat. Zkrátka nemám nejmenší představu, co to nové sklo může vydržet.

Odpovědět

To sem už někde viděl

Luboš Tepřík,2015-11-09 20:00:51

Nepřipomíná to někomu Transparentní Aluminium které se objevilo ve Star Trek? Například ve filmu návrat domů.

Odpovědět


Re: To sem už někde viděl

Tomáš Viktora,2015-11-26 10:59:49

Me hnedka napadla transparocel z Hvednych valek :)

Odpovědět

Al2O3 a tvrdé sklo

Stanislav Kaštánek,2015-11-09 11:40:47

Vysoké podíly Al2O3 jsou ve skleněných vláknech a tepelně odolných sklech už dnes.
Čistý A2O3 má hodně vysokou teplotu tání 2 072 °C. Skla obecně obsahují nadbytek SiO2, Al2O3, B2O3 v tavenině křemičitanů a snad i hlinitanů.
Samotný Al2O3 jako Elektrit je běžný na brusné kotouče a řezné nástroje na ocel. Je velmi t rdý a špatně vede teplo, takže se nástroje nepřehřívají.
Tím jsem chtěl naznačit, že problém je hlavně s průhledností takového materiálu s vysokým obsahem Al2O3.
http://www.kmt.tul.cz/edu/podklady_kmt_magistri/KM/Kompozity%20Dad/05vlakna.pdf
Oxid tantaličný Ta2O5 ( t. tání 1872 °C) v tenkých vrstvách je význmný elektrotechnický materiál.

Odpovědět


Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Josef Hrncirik,2015-11-09 13:50:29

Nejspíše se nástroj nepřehřívá díky odvodu tepla dobrou, nikoliv špatnou tepelnou vodivostí.
Keramika a sklo je tvrdší než kov, kov je však houževnatější.
Použití skel limituje jejich křehkost. Tyto materiály vždy budou tvrdší a křehčí než kovy.
I diamant je křehký, přestože je tvrdý a "pevný".
Prostě keramiky musí být správně zatěžovány (aplikovány).
Do kaleného majzlíku lze bušit perlíkem, stejný úder WC břit rozbije.
Mám dojem, že korundové (safírové) sklíčka k hodinkám jsou dávno běžné.
Není mi jasné, zda to je řezaný monokrystal, (v H2 + O plameni vyrobená safírová tyčka (dlouho známý čirý syntetický rubín)).
Přísady k Al2O3 sníží teplotu tavení, ale i tvrdost. Houževnatost nelze zlepšit nad úroveň keramického nože (neprůhledná keramika ZrO2 ? kalná přísadami nebo 2. modifikací snižující křehkost ? šíření trhlin).
Stále se bojím, že mi pazourkový nůž upadne a zlomí se. O pazourkovém meči ani neuvažuji.

Odpovědět


Re: Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Stanislav Kaštánek,2015-11-10 09:35:19

Pro J. Hrnčirik , píšete :"Nejspíše se nástroj nepřehřívá díky odvodu tepla dobrou, nikoliv špatnou tepelnou vodivostí."
Nikoli, tepelná vodivost nekovových materiálů je podstatně menší, než u kovů. Teplo vzniklé obráběbím nástrojem na bázi keramiky třeba Al2O3 se nepřenáší do nástroje (ten i tak vydrží vysoké teploty, méně mechanické a tepelné nárazy) , ale do dobře tepelně vodivých ocelových třísek.
heslo keramické nástroje obráběbí třískové
http://is.mendelu.cz/zp/portal_zp.pl?prehled=vyhledavani;podrobnosti=51733;download_prace=1
http://www.sandvik.coromant.com/sitecollectiondocuments/downloads/global/brochures/cs-cz/c-2929-61.pdf

Odpovědět


Re: Re: Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Petr Kr,2015-11-10 10:27:43

Ano, podle mého se u keramiky nahřeje pouze povrch a ten se schladí vzduchem při ventilaci. Dovnitř to moc nejde. Ale při dlouhodobém používání to přece musí dojít i dovnitř, ne? Pak se projeví asi ta výhoda keramiky, snášet vysoké teploty.

Odpovědět


Re: Re: Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Josef Hrncirik,2015-11-10 12:40:42

Díky za opravu. Prostě jsem uvažoval: Nejvíce vadí ohřev (teplota) hrany břitu. Tu lze při dané teplotě třísky snížit pouze odvodem tepla do nástroje a z nástroje. Další souvislosti mi unikly.
Pochopitelně je lepší odvést teplo třískou než nástrojem, navíc je pak tříska měkčí. Analogie: V plameni se hrana hranolu z tepelného izolátoru zahřeje prakticky na teplotu plamene a svítí, u kovového hranolu ne.
Pokud je ale vždy teplota hrany bezpečná, odvod tepla do nástroje je nežádoucí.

Odpovědět


Re: Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Josef Hrncirik,2015-11-11 07:46:55

Hodináři píší, že nepoškrabatelné safírové sklíčko hodinek se při dopadu hodinek na beton nabeton rozbije.
Nové sklo s přísadou Ta2O5 a méně? krystalické? bude možná trochu lepší.

Odpovědět


Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Marek Fucila,2015-11-09 14:43:46

Ja si pamätám nejaký starší dokument o tom, ako vyrábali nepriestrelné sklá do obrneného vozidla, a už vtedy tvrdili, že ide o hliník.
Možno to bol tento ALON:
https://www.youtube.com/watch?v=RnUszxx2pYc
Na wikipedii píšu, že priehľadnosť je viac ako 80%, tvrdosť má 85% zafíru a o 15% vyššiu ako nejaká horčíkovo-hliníková zliatina:
https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_oxynitride

To gorilie sklo tiež obsahuje hliník.

Základná otázka teda znie:
Je to až tak prevratné sklo? Je to iná zlúčenina vyrobená iným postupom, a zrejme lepšia ako všetko doteraz. Neviem parametre, tak možno sa ten ALON fakt "nechytá".

Odpovědět


Re: Al2O3 a tvrdé sklo

Josef Hrncirik,2015-11-10 21:34:33

Tepelná vodivost diamantu je vůbec nejvyšší, dvojnásobná stříbra.
Korundu dvojnásobná oceli, SiC prý má blízkou diamantu, určitě 4x ocel, WC slinutý 5x ocel. Izolanty brusiva zrovna nejsou. Sám jsem dost překvapen. Jsou to jen neobvyklá data, nechci se hádat.

Odpovědět

Využití

Xavier Vomáčka,2015-11-08 22:15:43

Dokázal bych si představit vhodnější využití, než sklo do mobilního telefonu...

Odpovědět


Re: Využití

Vendelin Omacka,2015-11-09 08:32:15

Isto, vyuzitie na celne skla smartfonov a tabletov nie je nic, na co by sme mohli byt hrdi, ale rozmaznane deti zrejme celkom rady zaplatia vyvoj dostupneho vyrobneho procesu :)

Odpovědět


Re: Re: Využití

Xavier Vomáčka,2015-11-09 08:41:29

Ano, lidstvo dosáhne kosmos a hlubiny mořské skrze bandu tupých hláv. :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Využití

Vojtěch Kocián,2015-11-09 09:33:17

Teď nevím, jestli je to lepší nebo horší než kdyby celý vývoj platila jako obvykle armáda :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Využití

Daniel Konečný,2015-11-09 14:50:42

Co by na tom mohlo být lepší? Pro změnu se tentokrát přiživí armáda, nepochybuji, že po skle hned sáhne. Takhle jim akorát tak zbude více financí na "ryze vojenské" záležitosti:)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace