تصنيع زجاج فائق القوة.. قفزة في صناعة الهواتف الذكية

ووفقاً لوكالة أنباء آنا للعلوم والتكنولوجيا، يعد الزجاج من نواحٍ عديدة، مادة جذابة للتقنيات الحديثة. ومع ذلك، فإن هشاشتها المتأصلة، والتي تجعلها عرضة للتشقق والكسر، تحد من تطبيقاتها المحتملة؛ لكن الجهود البحثية لتعزيز قوة الزجاج بشكل كبير مع الحفاظ على خصائصه المفيدة باءت بالفشل.

يبدأ النهج الجديد بزجاج الأكسيد، الذي يتمتع ببنية داخلية غير منتظمة نسبيا، وهي أكثر المواد الزجاجية استخدامًا تجاريًا.

تمكنت مجموعة بحثية مكونة من باحثين ألمان وصينيين من إعطاء بنية جديدة للزجاج باستخدام سيليكات الألومنيوم التي تحتوي على السيليكون والألومنيوم والبورون والأكسجين. واستخدموا تقنيات الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة في معهد البحوث البافاري للكيمياء الجيوفيزيائية والجيوفيزياء التجريبية (BGI) بجامعة بايرويت، بحسب وكالة آنا.

عند ضغوط تتراوح بين 10 و15 جيجا باسكال ودرجات حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية، اجتمعت ذرات السيليكون والألومنيوم والبورون والأكسجين معًا لتكوين هياكل تشبه البلورات. تسمى هذه الهياكل "نظير البلورية"؛ لأن لديهم اختلافات كبيرة مع البنية غير المنتظمة تمامًا، ومن ناحية أخرى، فهي لا تقترب من البنية المنتظمة الشفافة للبلورات وفقاً لوكالة آنا.

أظهر كل من التحليل التجريبي باستخدام الطرق الطيفية والحسابات النظرية بوضوح حالة متوسطة بين الهياكل البلورية والاضطراب غير المتبلور.

حتى بعد خفض الضغط ودرجة الحرارة إلى الظروف المحيطة العادية، تبقى الهياكل شبه البلورية في زجاج ألومينوسيليكات. إن إنشاء هذه الهياكل في الزجاج يجعل متانة الزجاج وصلابته أعلى بعدة مرات مما كان عليه قبل التبلور. يصل الآن إلى قيمة 1.99 ± 0.06 ميجا باسكال (م) ¹/². لم يتم قياس هذه الصلابة من قبل بالنسبة لنظارات الأكسيد. وفي الوقت نفسه، لم تتأثر شفافية الزجاج بشكل خطير بالهياكل شبه البلورية.

يشرح العلماء سبب القوة غير العادية للزجاج على النحو التالي: القوى المطبقة على الزجاج من الخارج، والتي عادة ما تؤدي إلى كسور أو تشققات داخلية، يتم تطبيقها الآن بشكل أساسي على الهياكل شبه البلورية.

لقد قاموا بإذابة مناطق من هذه الهياكل، وأعادوها مرة أخرى إلى حالة عشوائية غير متبلورة. بهذه الطريقة، يصبح الزجاج عمومًا أكثر مرونة من الداخل، بحيث لا ينكسر أو حتى يتشقق عند تعرضه لقوى أكبر.

يقول هو تانغ، صاحب المشروع بحسب آنا: "يوفر اكتشافنا استراتيجية فعالة لتطوير مواد زجاجية شديدة المقاومة للتلف، والتي نخطط لمتابعتها في السنوات القادمة".

ويضيف البروفيسور "تومو كاتسورا" (Tomoo Katsura) من معهد الأبحاث البافاري للكيمياء والجيوفيزياء التجريبية، وفقاً لوكالة آنا: إن الزيادة في القوة بسبب التبلور المتوازي تظهر أن التغيرات الهيكلية على المستوى الذري يمكن أن يكون لها تأثير كبير على خصائص زجاج الأكسيد. على هذا المستوى، هناك إمكانات كبيرة لتحسين الزجاج باعتباره مادة لا يزال لديها العديد من التطبيقات.

وقد نشرت نتائج هذا البحث مؤخرا في المجلة العلمية Nature Materials.