Il vetro alluminosilicato è il "vetro più resistente di sempre?"

Opinione dell'editore: Gli scienziati hanno ideato un nuovo modo per produrre vetro super resistente. Il processo mescola il normale vetro ossido con l'alluminosilicato a temperature e pressioni estremamente elevate. Il materiale risultante è stato definito da alcune pubblicazioni "il vetro più resistente mai visto", ma è davvero così?

Gli scienziati dei materiali dell'Università di Bayreuth in Germania hanno sviluppato un vetro che è più del doppio più resistente del Gorilla Glass. Il Gorilla Glass Victus di Corning è il materiale più resistente, con una resistenza alla frattura di 0,76 megapascal (MPa). Il vetro prodotto nello studio di Bayreuth – pubblicato sulla rivista Nature Materials di questo mese – ha una resistenza di 1,99 MPa. I ricercatori affermano che supera "qualsiasi altro vetro di ossido sfuso segnalato", spingendo Extreme Tech a pubblicare il titolo sensazionalistico, "Gli scienziati usano calore e pressione estremi per creare il vetro più resistente mai visto". Ma è il vetro più resistente di sempre?

Il titolo mi ha fatto pensare a un periodo del 2016 in cui la gente impazziva per la previsione di Star Trek della scoperta dell'alluminio trasparente. Potresti ricordare la scena di Star Trek 4: Rotta verso la Terra, dove Scotty e Bones convincono un ingegnere dei polimeri a fornire loro i materiali per costruire un serbatoio per ospitare una balena in cambio della formula per l'alluminio trasparente (sotto).

All'epoca era una storia sensazionalistica, rapidamente sfatata da persone che sottolineavano che i brevetti per lo sviluppo dell'ossinitruro di alluminio (AlON) risalgono al 1978, otto anni prima dell'uscita del film. Alcuni dei primi campioni commerciali furono creati nel 1984, due anni prima dell'uscita del film. Naturalmente, sono seguiti anni di progressi nella ricerca e una svolta nel 2016 nel processo di produzione scoperto dall’Università di Oxford ha portato a un malinteso ampiamente riportato.

Il materiale dell'Università di Bayreuth è leggermente diverso da AlON, ma non è più resistente. AlON è prodotto fondendo atomi di alluminio, ossigeno e azoto in una ceramica trasparente. Il vetro all'alluminosilicato mescola il vetro ossido standard con silicio, alluminio, boro e ossigeno (alluminosilicato). Chimicamente, la differenza principale è la sostituzione del boro con l'azoto.

Il processo di produzione di AlON prevede la miscelazione di polvere di allumina con nerofumo e il riscaldamento a circa 1.650-1.850 gradi Celsius in un’atmosfera ricca di azoto. I ricercatori di Bayreuth hanno combinato l'ossido di vetro con l'alluminosilicato e lo hanno riscaldato a 1.000°C sotto una pressione di 10-15 gigapascal (GPa). Entrambi i processi creano una struttura paracristallina molto dura (sotto).

Vetro amorfo ordinario (a sinistra) vs vetro paracristallino (a destra). Le regioni più chiare sono più ordinate e aggiungono forza. Credito immagine: Università di Bayreuth

Il processo di Bayreuth produce vetro con una resistenza alla frattura di 1,99 MPa +/- 0,06 MPa, solo leggermente superiore o inferiore a AlON (2,0 MPa). Quindi, a tutti gli effetti, questo nuovo vetro ha la stessa forza delle attuali forme di AlON. Sfortunatamente, non è nemmeno primo in termini di forza.

All’inizio di quest’anno, gli scienziati cinesi hanno sintetizzato un vetro abbastanza duro da graffiare i diamanti. Chiamato provvisoriamente AM-III, il materiale amorfo è stato valutato a 113 GPa secondo il test di durezza Vickers. Per riferimento, molti diamanti naturali hanno una resistenza compresa tra 70 e 100 GPa. Tuttavia, le pietre più dure possono far pendere la scala fino a 150 GPa. Questo vetro viene prodotto riscaldando e comprimendo molto lentamente il fullerene a 25 GPa di pressione e 1.200°C in 12 ore.

Tutte queste sostanze differiscono in varia misura, ma sono tutte etichettate come "vetro". Non credo che Extreme Tech fosse falso nel titolo. Penso che sia semplicemente rimasto intrappolato nell'hype, come abbiamo visto nei progressi passati in questo campo. L'affermazione dello studio secondo cui il vetro alluminosilicato è più resistente di qualsiasi altro vetro ossido sfuso è valida, ma solo con la qualifica di "ossido sfuso". Sia AlON che il vetro fullerene possono giustamente fare la stessa affermazione, essendo quest'ultimo il più potente attualmente.

Credito immagine: Stilvetro Acqui