Обычно химически закаленное стекло (например, Gorilla Glass) получают ионным обменом: крупные ионы калия «вдавливаются» в поверхность, заменяя натрий, создавая сжимающие напряжения. Но у этого метода есть недостатки: он не подходит для очень тонких стекол, создает щелочные отходы и не меняет модуль упругости объемного материала — только поверхностные напряжения.
Кроме того, для формования стекла и снижения отходов производства желательна относительно низкая температура стеклования. Увы, одновременно удерживать температуру стеклования оксидного стекла ниже 700°C и поднять модуль упругости выше 120 ГПа прежде не удавалось, пишет Techxplore. Команда ученых из Японии нашла решение.
Исследователи использовали оксиды с высокой энергией диссоциации связей — редкоземельные элементы и оксид тантала. Эти компоненты увеличивают модуль Юнга до 130 ГПа и более, но традиционно приводят к росту температуры стеклования выше 800–850°C, что делает стекло трудно формуемым и энергозатратным. Ученым удалось подобрать состав, в котором температура остается в районе 700°C. Для производства образцов они применили стандартный метод химической закалки.
Полученное стекло оказалось прозрачным, бесцветным, без пузырей и кристаллических включений. Дифференциальный термический анализ показал, что из этого стекла можно вытягивать волокна с модулем упругости примерно вдвое выше, чем у обычного стекловолокна. Коэффициент теплового расширения составляет менее 80×10⁻⁷ K⁻¹, что сопоставимо с некоторыми керамиками и может быть дополнительно настроено изменением состава.
Технология получения такого стекла легко встраивается в существующие промышленные линии по производству листового стекла. Применять его можно для изготовления стекол для смартфонов и планшетов, оптических компонентов для экстремальных условий эксплуатации, армирующих волокон для композитов.
Придерживаясь концепции цикличности в строительстве, которая подразумевает повторное использование материалов, команда инженеров из США придумала новый тип каменной кладки из прочных, многослойных стеклянных кирпичей.
