Gläser sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen Welt. Dabei handelt es sich im Alltag meist um sauerstoffhaltige Gläser, wie sie etwa für Fenster und Trinkgläser verwendet werden. Da derartige Gläser bei Raumtemperatur aber äußerst spröde sind und bekanntlich rasch brechen, sind ihre Einsatzmöglichkeiten in vielen Bereichen eingeschränkt.
Dass Glas bei Raumtemperatur aber wesentlich verformbarer sein kann als bisher angenommen, haben nun Forscher des Erich-Schmid-Instituts für Materialwissenschaft der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Leoben zusammen mit Kollegen aus Finnland, Frankreich, Italien, USA, Norwegen und der Schweiz experimentell und in Simulationen festgestellt.
Schnelles Abkühlen bei der Glasherstellung
Den Durchbruch bei den Forschungsarbeiten, die an mehreren Standorten realisiert wurden, lieferten Experimente mit Aluminiumoxid, einer Sauerstoffverbindung von Aluminium, die ein Bestandteil von herkömmlichem Glas ist. Indem die Forscher diese Substanz extrem schnell abkühlten, konnten sie innen eine Kristallisation im Zuge der Glasherstellung verhindern und damit die Brüchigkeit des Materials drastisch reduzieren.
Das bei den Experimenten entstandene Glasmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Atome keine reguläre Ordnung haben, sondern zufällig gemischt werden und damit die hohe Verformbarkeit des gesamten Materials ermöglichen. „Es war überraschend, dass Glas auch bei Raumtemperatur über eine so hohe Plastizität verfügen kann,“ sagt Megan Cordill, Ko-Autorin der Publikation und Materialwissenschaftlerin der ÖAW. Durch anschließende Simulationen fanden die Forscher heraus, dass das neue Material sogar eine Gesamtdehnung von 100 % erreichen kann, wenn es dicht und frei von Fehlern ist.
Verformbar und doch härter als Stahl
Das neu entwickelte Glasmaterial hat zugleich noch weitere vorteilhafte Eigenschaften: So erwies es sich sowohl als härter und zugleich als leichter als Stahl. Auch dadurch eröffnen sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel als biegsame und zugleich extrem solide Smartphone-Displays oder in Batterien bis hin zum Maschinenbau.
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https://dx.doi.org/10.1126/science.aav1254
