Křemíkové Nanočástice Vytvářejí Tuhé, ale Flexibilní Sklo
Jakmile první mobilní telefony s dotykovou obrazovkou vstoupily na trh, ukázaly spotřebitelům, jaká je jejich největší chyba; skleněná obrazovka praskne příliš snadno.
Někteří výrobci obrazovek experimentovali s plastovými obrazovkami, díky jejich flexibilitě a „odolnosti proti nárazům“, ale prototypy vždy považovaly plasty za příliš měkké a snadno poškrábatelné. Tvrdost skla z něj učinila nejodolnější materiál, odolný i proti poškrábání, ale přesto zůstala náchylná k rozbití.
Situace se výrazně zlepšila v roce 2005, kdy Apple a další výrobci špičkových telefonů začali používat Gorilla Glass, ochranné sklo speciálně určené pro obrazovky telefonu. Bylo navrženo společností Corning z Kentucky a je vyrobeno z materiálu zvaného alkalicko-hlinitokřemičitan, který obsahuje suroviny, jako je hliník, křemík a kyslík.
Přes drahé suroviny a výrobní proces (sklo musí být ponořeno do horké iontové výměnné lázně s draselnou solí, aby se dále zvýšila jeho povrchová pevnost a odolnost proti poškození), se Gorilla Glass stala lídrem značky a dnes je součástí všech hlavních mobilních zařízení.
Konkurence o nalezení nerozbitného skla pro trh mobilních telefonů se však zintenzivňuje, protože se nyní vyrábí stále více telefonů se skleněnými zády i skleněnými obrazovkami.
Jak v nedávném rozhovoru poznamenal Scott Forester, viceprezident divize marketingových a inovačních produktů pro společnost Corning, „Více telefonů nyní obsahuje sklo nejen na přední straně, ale i na zádech, 28% všech telefonů prodaných letos a téměř 100% špičkových telefonů mají skleněná záda. Při tomto vývoji je stále důležitější používat odolné sklo, které dokáže přežít i několik nárazů.“
Výzkum navíc zjistil, že současná technologie skleněných obrazovek není dostatečná pro způsob, jakým většina uživatelů mobilních telefonů manipuluje se svými zařízeními. Jak říká Forester, „Spotřebitelé nám říkají, že mají tendenci upustit své telefony v průměru asi sedmkrát ročně, celosvětově. A asi polovinu z toho jsou pády z metru nebo níže. To nás přimělo začít přemýšlet o stále vyšších a vyšších výškách pádů. “
V reakci na to se vědci obrátili na nanotechnologie a nejnovější vědy o surovinách, aby uspokojili poptávku na trhu.
Výsledkem je, že minulý měsíc došlo k průlomu v polytechnickém institutu Rensselaer, kde tým odborníků na nanotechnologie zjistil, že křemíkové nanočástice zlepšily výkon skla na mobilních telefonech, kdy je mnohem méně křehké a je mnohem méně pravděpodobné, že se rozbije.
Tým byl veden Yunfengem Shim, docentem materiálových věd a inženýrství, a byl založen na chemii skla na atomové úrovni.
Jak uvádí časopis Nanowerk, „Sklo v současnosti používané na mnoha chytrých telefonech patří do skupiny oxidových skel, ve které se atomy křemíku obecně váží ke čtyřem atomům kyslíku. Tento typ spojovacího uspořádání vytváří tuhou skleněnou síť, která neumožňuje plastickou deformaci. Takže, když je aplikováno značné vnější napětí, například, když telefon spadne na tvrdou podlahu - sklo se rozbije. “
Použitím křemičitého skla, vytvořeného společným stlačením nanočástic oxidu křemičitého, tým zjistil, že sklo by mohlo být napnuto až o 100% bez rozbití.
Vědci nyní zveřejnili svá zjištění v časopise Nano Letters, kde uvádějí, že „… křemičité sklo připravené konsolidací skelných nanočástic vykazuje pozoruhodnou tažnost. V důsledku visících vazeb na površích a vysokého kontaktního napětí je tlak aplikovaný na konsolidaci skelných nanočástic k dosažení tažnosti výrazně nižší než tlak vyžadovaný pro ztuhnutí sypkého skla trvalým zhušťováním. “
Kromě toho, jak uvádí časopis Nano Magazine, „Také bylo zjištěno, že se zvyšuje tažnost, když se křemíkové vazby spojí s pěti atomy kyslíku místo čtyř. Toto je známé jako pětinásobný křemík a je schopné střihového toku pod napětím, což umožňuje, aby sklo vydrželo větší zatížení bez lomu. “
Jak Shi poznamenává: „Komprese skutečně mění strukturu materiálu.“
Ve skutečnosti je nanomateriální sklo tak silné, že tým zkoumá způsoby, jak jej lze vyvinout tak, aby fungoval více než jen sklo.
"Toto sklo je vlastně stejně tuhé jako ocel." Pokud tedy sklo může být dostatečně vytvrzeno, může nahradit ocel, “řekl Shi. "Naším svatým grálem je vytvořit průhledný strukturální materiál."
Přestože jsou nutné další zkoušky, než budou budovy zcela vyrobeny z křemičitého skla s nanočásticemi, výzkum přispívá k rostoucím důkazům o tom, jak nanomateriály budou v budoucnu ovlivňovat průmysl a výběr surovin. Každý, kdo se dosud nedozvěděl o schopnostech nanotrubic, nanovláken a dalších materiálů v nano-měřítku, se bude moci brzy podívat na takové nerozbitné vlastnosti na svých telefonech a tabletech.
Fotografický kredit: Eyerin, Nano Letters, Smartprix, Researchgate, Detached, Youtube a Quora