Группа американских учёных разработала метод контролируемого получения стабильного стекла из полимеров, используя технику, известную как MAPLE. Продукт представляет собой легковесные стекло, обладающее более высокими температурами перехода и сохраняющими свои свойства при гораздо более высоких температурах, чем стёкла обычные.
На микроскопическом уровне стёкла — это твёрдые вещества, которые выглядят скорее как жидкости, что обусловлено отсутствием дальнего порядка в их кристаллической структуре. Обычно стёкла получают быстрым охлаждением соответствующих жидкостей-расплавов таким образом, чтобы избежать (проскочить) стадию кристаллизации вещества. Поэтому, когда нужно создать стекло с какими-то специфическими свойствами, возникает необходимость в точнейшем контроле каждого параметра перехода жидкость–стекло, что на практике очень трудно осуществить.
Группа учёных из Принстонского университета (США) разработала метод контролируемого получения стабильного стекла из полимеров.
Судя по описанию, представленному в выпуске журнала Nature Materials от 5 февраля, чудо-стёкла являются экстремально легковесными, обладают более высокими температурами перехода и сохраняют свои свойства при гораздо более высоких температурах, чем стёкла обычные. Материал получали методом напыления, а не простого охлаждения, используя технику MAPLE (matrix-assisted pulsed laser evaporation, испарение из жидкой или твёрдой матрицы пульсирующим лазером). В результате происходило образование стекла в виде наноразмерных глобул, материала с чрезвычайно интересными теоретическими свойствами, равно как и возможными практическими применениями.
Обычный, веками отработанный процесс получения стекла начинается с приготовления расплава, который затем быстро охлаждают, с тем чтобы вещество проскочило стадию кристаллизации (кристаллизация — медленный термодинамический процесс, характеризующийся стадией образования зародышей и их медленным ростом). В итоге, продукт сохраняет некоторые жидкие свойства даже в отверждённом состоянии. Технология очень требовательна к деталям: переход из жидкой фазы в стекло — процесс кинетический, зависящий от скорости, с которой проводилось охлаждение. Кроме того, стёкла, полученные обычным методом, нестабильны при высоких температурах.
Техника MAPLE начинается с приготовления замороженного раствора поли(метил метакрилата), РРМА, полимера, который был выбран для исследования. После этого раствор подвергается воздействию пульсирующего лазера, который испаряет некоторое количество свободного полимера, чьи пары осаждаются на подложку из диоксида кремния.
В сравнении с быстроохлаждённым PPMA технология MAPLE позволяет получать стекло с существенно более высокой температурой перехода (примерно на 40 ˚С выше). Это означает, что MAPLE-стекло стабильно при температурах, при которых стекло, полученное быстрым охлаждением полимера, уже расплавилось бы. Используя измерение индекса преломления, учёным удалось определить, что MAPLE-стекло на 40% менее плотное, чем стёкла из того же PPMA, полученные по обычной методике. То есть новый материал оказался куда легче, и это никак не сказалось на его твёрдости: более лёгкое стекло столь же устойчиво, как и полученное простым охлаждением.
Как можно было ожидать, MAPLE-стекло конвертируется в обычное при быстром нагревании-охлаждении, что приводит к съёживанию глобул вплоть до их полного исчезновения.
Подождём, когда авторы придумают, как же использовать своё открытие.
Подготовлено по материалам Ars Technica.
Просмотров 
