زجاج أقوى باستخدام جزيئات السيليكون كاربيد النانوية

إن الزجاج من أضعف المواد الموجودة حيث أن ضغطا بسيطا على أي مادة زجاجية قد تؤدي إلى خلق شقا فيها.

و لكن, مع إضافة جزيئات السيليكون كاربيد النانوية، إستطاع الباحثون تغيير الهيكل الذري للزجاج الأمر الذي أدى إلى تقوية الزجاج.

معنى “القوة” في السياق العلمي هو مدى تحمل المادى لامتصاص أي طاقة خارجية. كلما زاد تحمل المادة، زادت “قوة” المادة.

إن الزجاج عادة لا يمكنه تحمل طاقات كبيرة بعكس المعادن التي يمكنها تحمل طاقات أكبرمن دون إظهار أي شق.

لذلك، فقد قام الباحثون بمقارنة الهيكل الذري للمعادن و الزجاج و وجدوا أن الروابط الكيميائية في الزجاج متماسكة بشكل “جامد” بعكس الروابط الكيميائية في المعادن التي تسمح لبعض المرونة.

هذا التماسك القوي بين الروابط الكيميائية في الزجاج يعني أن أي صدمة خارجية تنتشر بين الذرات في خط مستقيم الأمر الذي يؤدى إلى انتشار الصدمة بشكل سريع و الذي بدوره يسرع عملية الانشقاق.

أما في المعادن، فإن روابطها المرنة تعمل كممتص للصدمة عن طريق نشر الصدمة بين جميع الذرات مما يؤدي إلى تحريك الذرات عن مكانها قليلا و عودتها إلى مكانها مباشرة بعد الصدمة و دون الإضرار بالهيكل الذري بشكل دائم.

لذلك، فقد أراد الباحثون إضافة مادة إلى الزجاج تعمل كممتص للصدمات لكي تمنع الانتشار السريع للصدمة بين الذرات.

و هنا، يأتي دور جزيئات السيليكون كاربيد النانوية التي تسمح لانتشار الصدمة بين الذرات عن طريق خلق فروعات لتوزيع الصدمة. هذا التفرع يسمح للزجاج بامتصاص طاقات أكبر من الزجاج العادي.

الزجاج الذي قام الباحثون بتصميمه لم يكن شفافا 100% بسبب الجزيئات النانوية و لكن هذه ليست مشكلة كبيرة حيث يمكن تعديل بعض الأمور في عملية الانتاج لصناعة زجاج شفاف
100%.




المصادر:

(1) Chin, M. (2019). Researchers toughen glass using nanoparticles. [online] Phys.org. Available at: https://phys.org/news/2019-07-toughen-glass-nanoparticles.html [Accessed 23 Jul. 2019].

(2) Qiang-Guo Jiang et al. Strong and Tough Glass with Self-Dispersed Nanoparticles via Solidification, Advanced Materials(2019).