Wissenschaftler nutzen extreme Hitze und Druck, um das stärkste Glas aller Zeiten herzustellen

Das moderne Smartphone entstand dank zahlreicher Technologien, darunter leistungsstärkere Mobilprozessoren und verbesserte Mobilfunknetze, aber wir können den Effekt von gehärtetem Glas nicht außer Acht lassen. Materialien wie Corning Gorilla Glass machten es möglich, ein Glas-Sandwich in der Tasche zu tragen, ohne dass bei jedem Aufprall auf einen Tisch Glassplitter in den Beinen stecken blieben, aber selbst die neuesten haltbaren Glasmaterialien sind eine Schwachstelle. Das könnte nicht wahr sein, wenn ein experimentelles Material der Universität Bayreuth in Deutschland dem Hype gerecht wird. Forscher sagen, sie hätten ein Alumosilikatglas geschaffen, das viel schwerer zu zerbrechen ist.

Laut der Studie, die in Nature Materials veröffentlicht wurde, begannen die Forscher mit gewöhnlichem Oxidglas. Dies wurde mit Alumosilikat kombiniert, das Silizium, Aluminium, Bor und Sauerstoff enthält. Mithilfe von hohem Druck und hoher Temperatur gelang es dem Team, dem Glas auf Basis der Parakristallisation eine neue Struktur zu verleihen.

Das Glas wurde unter einem Druck zwischen 10 und 15 Gigapascal auf 1.832 Grad Fahrenheit (1.000 Grad Celsius) erhitzt. Unter diesen Bedingungen verwandelt sich das Alumosilikat in eine kristallähnliche Struktur – es wird parakristallin genannt, weil es geordneter als typisches Glas, aber nicht so regelmäßig wie eine echte Kristallstruktur ist. Es ist wie eine Zwischenstufe zwischen amorphen und kristallinen Materialien. Oben sehen Sie die Hochdruckpresse mit Hauptautor Hu Tang.

Wenn das Glas extremer Hitze und Druck ausgesetzt wird, bleiben die parakristallinen Strukturen intakt. Die Bruchfestigkeit maßen die Forscher mit 1,99 Megapascal, eine deutliche Verbesserung gegenüber dem derzeit auf dem Markt erhältlichen chemisch verstärkten Glas. Corning behauptet beispielsweise, Gorilla Glass Victus habe eine Bruchzähigkeit von 0,76 Megapascal.

Bei anderen Gläsern führen äußere Kräfte zu Mikrobrüchen und inneren Rissen. Letztendlich kann eine solche Belastung zu Brüchen führen, selbst wenn der letzte Aufprall relativ schwach war. Im experimentellen Alumosilikatglas werden diese Kräfte von den parakristallinen Strukturen absorbiert. Die Strukturen lösen sich auf und das Glas kehrt in seinen amorphen, ungeordneten Zustand zurück. Allerdings knackt es nicht.

Derzeit liegt dieses Material nur in kleinen Proben im Labor der Bayerischen Forschungsanstalt für Experimentelle Geochemie und Geophysik der Universität vor. Es ist unklar, ob der Herstellungsprozess auf das für kommerzielle Glasprodukte erforderliche Niveau skaliert werden kann, aber das Team wird es versuchen. „Unsere Entdeckung unterstreicht eine wirksame Strategie zur Entwicklung hoch schadenstoleranter Glasmaterialien, die wir mit unserer Forschung in den kommenden Jahren verfolgen wollen“, sagt Tang.