EN
Venyvä lasi ei murru - Uusi materiaali mullistaa käsityksemme lasista

Venyvä lasi ei murru - Uusi materiaali mullistaa käsityksemme lasista

20.11.2019

Monikansallinen tutkimusryhmä on onnistunut luomaan lasia, jolla on metallin kaltaisia ominaisuuksia. Tämä plastinen lasi ei murru normaalin lasin tapaan, vaan se kykenee venymään ja painumaan kasaan. Perinteinen pääosin piioksidista koostuva ikkunalasi murtuu helposti, sillä lasin atomit eivät kykene liikkumaan paineen alla. Jos lasia taivuttaa, venyttää tai puristaa liian voimakkaasti, lasi murtuu. Perinteisen lasin atomit saadaan kyllä liikkumaan sujuvasti lasinvalmistuksessa, mutta tämä vaatii korkeaa lämpötilaa.

”Tiedämme, että lasi on yleensä hauras materiaali, joka murtuu helposti paineen alla. Tässä tutkimuksessa löysimme keinon, jolla lasi käyttäytyy plastisesti. Toisin sanoen kehittämämme lasi on sitkeämpää kuin normaali lasi”, Marie Curie Fellow -tutkija ja projektin koordinaattori Erkka Frankberg Tampereen yliopistosta kertoo.

Haasteena valmistusmenetelmä

Plastisen lasin valmistaminen on erittäin hankala prosessi. Tutkijoiden käyttämällä pulssitetulla laserkasvatuksella (pulsed laser deposition) alumiinioksidi muutettiin lasimaiseen muotoon, mutta valmistusmenetelmällä on teknologisesti haastava.

”Alumiinioksidi on hyvin hankalaa saada lasimaiseen muotoon. Perinteinen lasinvalmistus ei toimi alumiinioksidissa, koska se haluaa olla kidemäisessä muodossa. Ratkaisu on, että se jäähdytetään hyvin, hyvin nopeasti korkeasta lämpötilasta, jolloin se ei ehdi kiteytyä”, Frankberg kertoo.

Frankbergin mukaan valmistustekniikan täytyykin kehittyä ennen kuin uudenlaista lasia voidaan valmistaa suuremmassa mittakaavassa. Jotta alumiinioksidi saadaan sitkeämpään muotoon, lasin täytyy olla hyvin tasalaatuista. Pienikin virhe valmistuksessa, kuten särö, ilmakupla tai epäpuhtaus, voi johtaa materiaalin murtumiseen.

Uusia käyttötapoja lasille

Uuden plastisen lasin lujuus on moninkertainen teräkseen verrattuna. Lisäksi lasi on huomattavasti terästä kevyempää, mikä voi tulevaisuudessa avata uusia mahdollisuuksia esimerkiksi koneenrakennuksessa tai yleisemmin rakentamisessa. Useat lasin modernit käyttökohteet ovat piilossa niin sanotusti ”konepellin alla”, kuten elektroniikassa, uusiutuvan energian tuotannossa, avaruustekniikassa ja akkuteknologioissa. Nyt saavutettu plastisuus ja lujuus saattavat avata uusia näkökulmia laajaan teknologioiden skaalaan.

Frankbergin mukaan plastisen lasimateriaalin kehitys voi tulevaisuudessa johtaa moniin uusiin innovaatioihin, joita voi myös löytyä täysin odottamattomista suunnista. Kaikkia lasin mahdollisuuksia ei välttämättä osata vielä ajatella, koska lasiin on perinteisesti liitetty ajatus hauraudesta. Jos lasi olisi huomattavasti nykyistä kestävämpää, sitä voitaisiin käyttää kokonaan uusilla alueilla. Aiempaa kestävämmälle lasille olisi tilausta myös nykypäivänä. Esimerkiksi älypuhelimissa sitkeämpi lasi ehkäisisi näyttöjen rikkoutumista.

Monikansallinen tutkimus

Tutkimus on saanut kansallista hankerahoitusta Suomesta, Ranskasta ja Italiasta sekä kansainvälistä hankerahoitusta Euroopan Unionin H2020-tutkimusohjelmasta. Myös Suomen Akatemia on rahoittanut tutkimusta. Tutkimuksen iso mallinnustyö tehtiin Tampereella materiaaliopin ja laskennallisen fysiikan tutkimusryhmien yhteistyönä. Atomitason mallinnuksessa hyödynnettiin Kajaanissa sijaitsevia Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) supertietokoneita Sisua ja Taitoa. Kokeellisessa tutkimuksessa taas hyödynnettiin Tampereen uuden mikroskopiakeskuksen (TMC) laitteistoja. Pääkokeet suoritettiin elektronimikroskoopin sisälle rakennetulla koelaitteistolla Ranskan Lyonissa. Monikansallisessa tutkimuksessa oli mukana tutkijoita Suomen lisäksi Ranskasta, Italiasta, Itävallasta, Norjasta ja USA:sta.

Tutkimus on julkaistu arvostetussa Science -lehdessä 15.11.2019. (Frankberg et al. Highly ductile amorphous oxide at room temperature and high strain rate, Science 2019)

Lähde: Tampereen yliopisto
Kuva: Jonne Renvall, Tampereen yliopisto

Viimeksi muokattu 20.11.2019
Seuraa meitä:
FacebookTwitterYoutubeLinkedInSlideShare
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
TIETOSUOJA »
YHTEYSTIEDOT JA LASKUTUS »
KYSYMYKSET JA PALAUTE »