Un nuevo estudio ha descubierto la importancia de la estructura de los anillos atómicos en los vidrios, revelando cómo su estabilidad afecta las propiedades del vidrio y la temperatura de transición. Este progreso en la comprensión de la dinámica molecular del vidrio puede ayudar a diseñar mejores productos de vidrio para aplicaciones de alto rendimiento.
El vidrio se utiliza cada vez más en una variedad de aplicaciones de alto rendimiento, incluidas aplicaciones industriales y de consumo, militares y de aviónica, y revestimientos y productos ópticos. Dados los estrictos requisitos de precisión de productos como teléfonos móviles y aviones a reacción, es fundamental que el sustrato de vidrio conserve su forma durante todo el proceso de fabricación.
Corning Incorporated, un fabricante de vidrio, cerámica y materiales relacionados innovadores, ha invertido importantes recursos en el estudio de la estabilidad de diferentes tipos de vidrio. Recientemente, los investigadores de Corning descubrieron que comprender la estabilidad de los anillos atómicos en los materiales de vidrio puede ayudarles a predecir el rendimiento de los productos de vidrio. Esta capacidad es importante porque el vidrio más utilizado es el vidrio de silicato, que está formado por anillos de átomos de diferentes tamaños conectados de forma tridimensional.
Experimento de dispersión de neutrones
En experimentos de dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, los científicos de ORNL y Corning Incorporated descubrieron que a medida que aumenta el número de anillos de átomos más pequeños y menos estables en un vidrio, aumenta la inestabilidad del vidrio o la fragilidad del líquido. Los resultados del experimento de neutrones publicados en Nature Communications revelan una clara correlación entre la estructura de anillo atómico de rango medio de los vidrios de silicato y su fragilidad líquida. Cuando el vidrio fundido se enfría hasta su temperatura de transición vítrea, su viscosidad cambia significativamente. Bajo un cierto cambio de temperatura, el cambio de viscosidad de un líquido más frágil será mayor.
"Anteriormente, los científicos no habían comprendido los mecanismos impulsores de las transiciones vítreas", dijo Ying Shi, autor correspondiente del estudio e investigador asociado de Corning Incorporated. "No estaba claro por qué ciertos tipos de vidrio se solidifican más rápido o más lentamente".
Shi y sus colaboradores de Corning Incorporated, UCLA y la Universidad de Oxford trabajaron con científicos de la línea de luz del difractómetro de neutrones NOMAD en ORNL Spallation Neutron Source para estudiar los vidrios de aluminosilicato comúnmente utilizados en la industria.
Utilizando RingFSDP, una herramienta de análisis de datos de dispersión de neutrones recientemente desarrollada y validada, el equipo identificó patrones clave a partir de los datos recopilados, revelando la relación entre la fragilidad del líquido en el vidrio y la estabilidad de sus anillos atómicos.
RingFSDP es un programa gratuito de código abierto desarrollado por científicos de Corning Incorporated y ORNL para estudiar la estructura de los anillos atómicos de los vidrios de silicato. Deriva la distribución del tamaño de los anillos en vidrios de silicato a partir de la forma del primer pico de difracción agudo en los datos de difracción de neutrones.
"Relacionar el rango de temperatura de transición vítrea con las características estructurales fundamentales del vidrio tendrá un impacto significativo en el diseño y la producción del vidrio", dijo el coautor del artículo Douglas Allan, investigador de Corning Incorporated. "Nuestro trabajo muestra que existe una clara correlación entre la estructura del anillo atómico de un vidrio y su rango de temperatura de transición vítrea y, por lo tanto, las características de rendimiento del vidrio".
Fuente compilada: ScitechDaily