Los ingenieros mecánicos y científicos de materiales de UCLA han desarrollado un proceso que utiliza nanopartículas para fortalecer la estructura atómica del vidrio. El resultado es un producto que es al menos cinco veces más resistente que cualquier vidrio disponible actualmente.

El proceso podría producir vidrio que sea útil para aplicaciones industriales, en componentes de motores y herramientas que pueden soportar altas temperaturas, por ejemplo, así como para puertas, mesas y otros elementos arquitectónicos y de diseño.

El estudio fue publicado en línea en la revista Materiales avanzados y se incluirá en una futura edición impresa. Los autores escribieron que el mismo enfoque también podría usarse para fabricar cerámicas más resistentes que podrían usarse, por ejemplo, en componentes de naves espaciales que pueden resistir mejor el calor extremo.

En ciencia de materiales, La "tenacidad" mide cuánta energía puede absorber un material, y cuánta puede deformarse, sin fracturarse. Si bien el vidrio y la cerámica se pueden reforzar con tratamientos externos, como recubrimientos químicos, esos enfoques no cambian el hecho de que los materiales en sí son frágiles.

Para resolver ese problema, los investigadores de la UCLA siguieron el ejemplo de la estructura atómica de los metales, que puede recibir golpes y no romperse.

"Los enlaces químicos que mantienen unidos el vidrio y la cerámica son bastante rígidos, mientras que los enlaces en los metales permiten cierta flexibilidad, "dijo Xiaochun Li, el Profesor Raytheon de Fabricación en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, y el investigador principal del estudio. "En vidrio y cerámica, cuando el impacto es lo suficientemente fuerte, una fractura se propagará rápidamente a través del material en un camino mayormente recto.

"Cuando algo impacta contra un metal, sus enlaces químicos más deformables actúan como amortiguadores y sus átomos se mueven sin dejar de mantener la estructura unida ".

Los investigadores plantearon la hipótesis de que al infundir vidrio con nanopartículas de carburo de silicio, una cerámica similar al metal, el material resultante podría absorber más energía antes de fallar. Agregaron las nanopartículas en vidrio fundido a las 3, 000 grados Fahrenheit, lo que ayudó a asegurar que las nanopartículas se dispersaran uniformemente.

Una vez que el material se solidificó, las nanopartículas incrustadas podrían actuar como obstáculos para posibles fracturas. Cuando ocurre una fractura, las diminutas partículas lo obligan a ramificarse en pequeñas redes, en lugar de permitirle tomar un camino recto. Esa ramificación permite que el vidrio absorba significativamente más energía de una fractura antes de que cause un daño significativo.

Sinterización, en el que un polvo se calienta a presión, y luego enfriado, es el principal método utilizado para fabricar vidrio. También fue el método utilizado en experimentos previos por otros grupos de investigación para dispersar nanopartículas en vidrio o cerámica. Pero en esos experimentos, las nanopartículas no se distribuyeron uniformemente, y el material resultante tenía una tenacidad desigual.

Los bloques de vidrio que el equipo de UCLA desarrolló para el experimento eran algo lechosos, en lugar de claro, pero Li dijo que el proceso podría adaptarse para crear vidrio transparente.