Vidrio irrompible inspirado en la naturaleza

CONCHA DE ABULÓN
Nácar brillante de abulón arrastrado a tierra.

El vidrio irrompible, fuerte y resistente, fue desarrollado por científicos de la Universidad McGill.

Los científicos de la Universidad McGill desarrollan un vidrio más fuerte y resistente, inspirado en la capa interna de las conchas de los moluscos.

En lugar de romperse con el impacto, el nuevo material tiene la resistencia del plástico y podría usarse para mejorar las pantallas de los teléfonos celulares en el futuro, entre otras aplicaciones.

Si bien las técnicas como el templado y el laminado pueden ayudar a reforzar el vidrio, son costosas y ya no funcionan una vez que se daña la superficie.

“Hasta ahora, existían compensaciones entre alta resistencia, tenacidad y transparencia. Nuestro nuevo material no solo es tres veces más fuerte que el vidrio normal, sino también más de cinco veces más resistente a las fracturas ”, dice Allen Ehrlicher, profesor asociado en el Departamento de Bioingeniería de la Universidad McGill.

(A) Compuesto de vidrio (sin estrategia de coincidencia de índice a la izquierda y con coincidencia de índice a la derecha), (B) Microestructura del compuesto de vidrio, (C) Vista de la capa nacarada en concha de abulón rojo y (D) Microestructura de nácar. Crédito: Allen Ehrlicher

La naturaleza como maestra del diseño

Inspirándose en la naturaleza, el científico creó un nuevo material compuesto de vidrio y acrílico que imita al nácar o al nácar. “La naturaleza es una maestra del diseño. Estudiar la estructura de los materiales biológicos y comprender cómo funcionan ofrece inspiración y, a veces, planos, para nuevos materiales ”, dice Ehrlicher.

“Sorprendentemente, el nácar tiene la rigidez de un material rígido y la durabilidad de un material blando, lo que le otorga lo mejor de ambos mundos”, explica. “Está hecho de trozos rígidos de materia similar a la tiza con capas de proteínas blandas que son muy elásticas. Esta estructura produce una resistencia excepcional, haciéndola 3000 veces más resistente que los materiales que la componen ”.

Los científicos tomaron la arquitectura del nácar y la replicaron con capas de escamas de vidrio y acrílico, produciendo un material excepcionalmente fuerte pero opaco que se puede producir de manera fácil y económica. Luego dieron un paso más para hacer que el compuesto fuera ópticamente transparente. “Al ajustar el índice de refracción del acrílico, hicimos que se mezclara a la perfección con el vidrio para hacer un compuesto verdaderamente transparente”, dice el autor principal Ali Amini, investigador postdoctoral en McGill. Como próximos pasos, planean mejorarlo incorporando tecnología inteligente que permita que el vidrio cambie sus propiedades, como el color, la mecánica y la conductividad.

(A) microestructura del compuesto de vidrio y (B) microestructura del nácar. Crédito: Allen Ehrlicher

La envención perdida del vidrio flexible

El vidrio flexible es supuestamente un invento perdido de la época del reinado del emperador romano Tiberio César. Según relatos históricos populares de los autores romanos Cayo Plinio Segundo y Petronio, el inventor llevó un cuenco para beber hecho del material ante el Emperador. Cuando se puso a prueba el cuenco para romperlo, solo se abolló en lugar de romperse.

Después de que el inventor juró que era la única persona que sabía cómo producir el material, Tiberio hizo ejecutar al hombre, temiendo que el vidrio devaluara el oro y la plata porque podría ser más valioso.

“Cuando pienso en la historia de Tiberius, me alegro de que nuestra innovación material lleve a la publicación en lugar de a la ejecución”, dice Ehrlicher.

Referencia: “Centrifugation and index-matching yields a strong and transparent bioinspired nacreous composite” by Ali Amini, Adele Khavari, Francois Barthelat, and Allen J. Ehrlicher, 10 September 2021, Science.

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