El vidrio se utiliza en una gama más amplia de aplicaciones de alto rendimiento, incluidas aquellas para consumidores e industria, electrónica militar y aeroespacial, revestimientos y óptica. Debido a la extrema precisión que se exige para su uso en productos como teléfonos móviles y aviones a reacción, los sustratos de vidrio no deben cambiar su forma durante el proceso de fabricación.
Corning Incorporated, un fabricante de vidrio, cerámica y materiales relacionados innovadores, invierte una enorme cantidad de recursos en el estudio de la estabilidad de diferentes tipos de vidrio. Recientemente, los investigadores de Corning descubrieron que comprender la estabilidad de los anillos de los átomos en los materiales de vidrio puede ayudarles a predecir el rendimiento de los productos de vidrio. Esta capacidad es importante porque el vidrio más utilizado es el vidrio de silicato, que consta de diferentes tamaños de anillos atómicos conectados en tres dimensiones.
Al realizar experimentos de dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, los científicos de ORNL y Corning descubrieron que a medida que aumenta el número de anillos atómicos más pequeños y menos estables en un vidrio, también aumenta la inestabilidad o fragilidad del líquido del vidrio. /P>
Los resultados de los experimentos con neutrones, publicados en Nature Communications , revelan una clara correlación entre la estructura del anillo atómico de rango medio de un vidrio de silicato y su fragilidad líquida. La viscosidad del vidrio líquido cambia considerablemente cuando se enfría hasta la temperatura de transición vítrea. Un líquido más frágil tendrá un cambio de viscosidad mayor con un cambio de temperatura determinado.
"Anteriormente, el mecanismo que impulsa las transiciones vítreas había eludido a los científicos", dijo Ying Shi, autor correspondiente del artículo del estudio e investigador asociado en Corning. "No se entendía claramente por qué algunos tipos de vidrio se solidificaban más rápido o más lentamente."
Shi y sus colaboradores de Corning, la Universidad de California, Los Ángeles y la Universidad de Oxford trabajaron con los científicos de la línea de luz del difractómetro de neutrones NOMAD en la Fuente de Neutrones de Espalación de ORNL para estudiar el vidrio de aluminosilicato, que se utiliza comúnmente en la industria.
Utilizando una herramienta de análisis de datos de dispersión de neutrones recientemente desarrollada y validada, RingFSDP, el equipo identificó patrones clave en los datos recopilados que revelaron la relación entre la fragilidad del líquido en el vidrio y la estabilidad de su anillo atómico.
RingFSDP es un programa gratuito de código abierto desarrollado por científicos de Corning y ORNL para estudiar las estructuras de anillos atómicos del vidrio de silicato. Deriva distribuciones de tamaño de anillo en vidrio de silicato a partir de la forma del primer pico de difracción agudo en los datos de difracción de neutrones.
"Conectar el rango de temperatura de transición vítrea con las características estructurales subyacentes de un vidrio tendrá un impacto significativo en el diseño y la producción del vidrio", dijo Douglas Allan, coautor del artículo e investigador de Corning. "Nuestro trabajo muestra una clara correlación entre la estructura del anillo atómico de un vidrio y su rango de temperatura de transición vítrea y, por tanto, las características de rendimiento del vidrio."
Más información: Ying Shi et al, Revelando la relación entre la fragilidad de los líquidos y el orden de rango medio en vidrios de silicato, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-022-35711-6
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge
