Onbreekbaar glas geïnspireerd op schelpen

Wetenschappers van de McGill University ontwikkelen sterker en taaier glas, geïnspireerd op de binnenste laag van weekdierschelpen. In plaats van te versplinteren bij een botsing, heeft het nieuwe materiaal de veerkracht van plastic en zou het in de toekomst onder andere kunnen worden gebruikt om de schermen van mobiele telefoons te verbeteren.

Het onderzoek ‘Centrifugation and index-matching yields a strong and transparent bioinspired nacreous composite’ door y Ali Amini, Adele Khavari, Francois Barthelat en Allen J. Ehrlicher is gepubliseerd in Science.

Hoewel technieken zoals temperen en lamineren glas kunnen versterken, zijn ze kostbaar en werken ze niet meer als het oppervlak is beschadigd. "Tot nu toe waren er afwegingen tussen hoge sterkte, taaiheid en transparantie. Ons nieuwe materiaal is niet alleen drie keer sterker dan normaal glas, maar ook meer dan vijf keer breukvaster", zegt Allen Ehrlicher, universitair hoofddocent bij de afdeling Bioengineering van McGill University.

Geïnspireerd door de natuur creëerde de wetenschapper een nieuw composietmateriaal van glas en acryl dat parelmoer of parelmoer nabootst. "De natuur is een meester in design. Het bestuderen van de structuur van biologische materialen en begrijpen hoe ze werken, biedt inspiratie, en soms blauwdrukken, voor nieuwe materialen.

"Verbazingwekkend genoeg heeft parelmoer de stijfheid van een stijf materiaal en de duurzaamheid van een zacht materiaal, waardoor het het beste van twee werelden heeft. Het is gemaakt van stijve stukjes krijtachtige materie die zijn gelaagd met zachte eiwitten die zeer elastisch zijn. Deze structuur produceert uitzonderlijke sterkte, waardoor het 3000 keer sterker is dan de materialen waaruit het is samengesteld."

De wetenschappers namen de architectuur van parelmoer en repliceerden het met lagen glasvlokken en acryl, wat een uitzonderlijk sterk maar ondoorzichtig materiaal opleverde dat gemakkelijk en goedkoop kan worden geproduceerd. Vervolgens gingen ze nog een stap verder om het composiet optisch transparant te maken. "Door de brekingsindex van het acryl af te stemmen, hebben we het naadloos laten versmelten met het glas om een ​​echt transparant composiet te maken", zegt hoofdauteur, postdoctoraal onderzoeker Ali Amini. Als volgende stappen zijn ze van plan om het te verbeteren door slimme technologie op te nemen waardoor het glas zijn eigenschappen, zoals kleur, mechanica en geleidbaarheid, kan veranderen.

Verloren uitvinding van flexibel glas

Flexibel glas is zogenaamd een verloren uitvinding uit de tijd van het bewind van de Romeinse keizer Tiberius Caesar. Volgens populaire historische verslagen van de Romeinse schrijvers Gaius Plinius Secundus en Petronius bracht de uitvinder een drinkschaal gemaakt van het materiaal voor de keizer. Toen de kom op de proef werd gesteld om hem te breken, deukte hij alleen maar in plaats van te versplinteren.

Nadat de uitvinder had gezworen dat hij de enige persoon was die wist hoe het materiaal te produceren, liet Tiberius de man executeren, uit angst dat het glas goud en zilver zou devalueren omdat het misschien waardevoller zou zijn.

"Als ik aan het verhaal van Tiberius denk, ben ik blij dat onze materiële innovatie leidt tot publicatie in plaats van excecutie", aldus Ehrlicher.