Staklo čvrsto poput čelika na čekanju

Staklo čvrsto poput čelika na čekanju

Staklo je smjesa natrijeva i kalcijeva silikata, uči se u školi. I doista je tako jer se staklo, ono prozorsko, dobiva taljenjem smjese kremenoga pijeska (silicijeva dioksida), sode (natrijeva karbonata) i živoga vapna (kalcijeva oksida). No to je samo djelić priče. Izuzmemo li iz taline kalcij, tj. vapno, dobit ćemo staklo koje se otapa u vodi, keramičarima dobro poznato „vodeno staklo“. Zamijenimo li pak natrij kalijem, staklo će se taliti na nižoj temperaturi, dodamo li pak talini oksid olova dobit ćemo „kristalno staklo“, pogodno za brušenje.Ima mnogo vrsta stakla, no što je zapravo staklo?Staklo se ne može definirati kemijski, nego fizički. Staklo je osebujna amorfna krutina ili je - po nekima - tekućina. Što to znači? To znači da kod stakla ne postoji fazni prijelaz pri zagrijavanju. Led se zagrijavanjem tali, pretvara se u tekućinu, vodu, u tvar s posve drugim fizičkim svojstvima od leda. Kod stakla se tako što ne događa: staklo zagrijavanjem postepeno mekša, pa ni za jednu temperaturu ne možemo reći da je staklo prešlo iz krutog u tekuće agregatno stanje. Nema naglog skoka u njegovim svojstvima. Zato se s teorijske strane staklo može smatrati tekućinom izuzetno velike viskoznosti, a s one praktične materijalom izuzetno pogodnim za obradu.Kemičari već dugo iskušavaju svakojake smjese oksida ne bi li priredili staklo s boljim svojstvima. U tome su najdalje otišli japanski znanstvenici sa Sveučilišta u Tokiju i Japanskog instituta za istraživanje sinkotronskog zračenja koji su objavili kako su napravili više izuzetno čvrstih vrsta stakla na bazi aluminijeva oksida. Njihov Youngov modul elastičnosti dosiže vrijednost 150 GPa. Što to znači?Youngov model elastičnosti je, najjednostavnije rečeno, tlak pri kojem neki materijal puca. Vrijednost od 158 GPa za aluminij-tantalovo staklo znači da je ono čvršće od bronce (96-120 GPa) i titanijevih slitina (105-120 GPa), a tek je nešto slabije od najčvršćih čelika (200 GPa). I što je najzanimljivije, znanstvenici već odavna znaju kako se čvrstoća stakla može poboljšati dodatnom aluminijeva oksida, no nisu znali kako to učiniti. A evo zašto.Staklo do 158 GPa ne može se prirediti naprosto tako da se pomiješaju oksidi aluminija i tantala u množinskom (molnom) omjeru 54:46 (da vam odam sastav super-stakla) pa da se potom rastale u staklarskoj peći. To naprosto ne može ići, jer se u tom slučaju smjesa oksida kristalizira na stijenkama posude. A ono što se kristalizira nije staklo.Problem je riješen izumom specijalne peći, pomalo čarobnjačkog naziva „aerodinamička levitacijska peć“ (aerodynamic levitation furnace). Smjesa oksida je najprije staljena (sinterirana) na oko 1000 °C, a potom izmrvljena u prah. Taj je prah potom raspršen u vrtlogu čistoga kisika koji je grijan laserom na 2000 °C. Postepenim hlađenjem vrtloga dobivene su dvomilimetarske kuglice novoga stakla, stakla koje se po mehaničkim svojstvima može takmičiti s čelikom.„Vjerujem da ćemo uspjeti komercijalizirati našu tehniku u roku od pet godina“, rekao je Atsunobu Masuno, izvanredni profesor Sveučilišta u Tokiju i voditelj znanstvenog projekta. Primjena? „U proizvodnji prozora u zgradama i autima, te zaštitnim staklom ekrana mobitela.“ (No teško da će nova „aluminijeva“ stakla posve zamijeniti obično, prozorsko staklo, zbog visokog sadržaja skupih metala, poput tantala, itrija, lantana ili skandija – gram tantala stoji dva dolara!)Ako je vjerovati profesoru Masuni za pet godina više se nećemo trebati bojati da će nam se mobitel razbiti. Padne li nam iz ruke ili na njega stanemo, prije će puknuti kutija nego zaštitno staklo. No kako će se to staklo i u što lijevati, pitam se, kad ne smije doći u dodir sa stijenkama posude?Izvor: Playcom.hr