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Materials

Un vidrio irrompible

Las películas de vidrio de alúmina pueden doblarse y estirarse sin fracturas

by Prachi Patel, special to C&EN
November 18, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 45

 

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Un grupo de investigadores ha descubierto que el vidrio de óxido de aluminio puede doblarse y estirarse sin romperse (Science 2019, DOI: 10.1126/science.aav1254).

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Credit: Erkka Frankberg
Golpear alúmina cristalina con intensas ráfagas láser convierte el material en un plasma morado que se enfría rápidamente sobre un sustrato para formar un sólido vítreo amorfo.

“Básicamente se comporta como un metal”, dice Erkka Frankberg, científico de materiales en el Instituto Italiano de Tecnología. “Esto cambia por completo nuestro punto de vista sobre los materiales vítreos”. Aunque las muestras hechas por los investigadores son microscópicas, si la técnica se pudiera traducir a gran escala, se podrían crear películas de vidrio que se abollaran como un metal al caer, y pantallas de smartphones que no se rompiesen.

La mayoría del vidrio está hecho de sílice, un sólido amorfo en el que los átomos se encuentran dispuestos al azar. Los vasos de sílice son fuertes, pero también son frágiles. Frankberg dice que esto se debe a pequeños huecos en su estructura atómica. Estos defectos evitan que los átomos se muevan cuando el material se somete a presión. Como sus átomos no pueden disipar su energía rompiendo y formando enlaces con sus vecinos, el vidrio se quiebra.

Estudios previos han insinuado que otro tipo de vidrio, hecho con alúmina, podría presentar plasticidad. Frankberg, Lucile Joly-Pottuz, de la Universidad de Lyon, y sus compañeros realizaron una batería de estudios detallados para probar esta idea. El equipo realizó películas de alúmina de 60 nm de grosor y 2 µm de ancho utilizando depósito por láser pulsado.

Las películas microscópicas podrían estirarse un 8% y comprimirse a la mitad de su tamaño. Frankberg dice que eso puede parecer poco, pero el vidrio de sílice muestra ductilidad cero. La diferencia está en la estructura atómica. Utilizando microscopía electrónica de transmisión y simulaciones por ordenador, los investigadores mostraron que su vidrio de alúmina tenía una red atómica sin defectos y muy compacta. Los átomos “pueden cambiar de lugar más fácilmente, lo que es necesario para la deformación plástica”, dice Frankberg.

Traducir este trabajo a pantallas irrompibles podría estar muy lejos. Hacer piezas grandes de dicho material es difícil porque, a diferencia de la sílice, “la alúmina no quiere ser un vidrio”, dice Frankberg. Se requerirán avances en la fabricación y nuevas técnicas para hacer películas más grandes y gruesas con la estructura a nanoescala necesaria para que la ductilidad del material destaque.

No obstante, “este trabajo proporciona claramente una guía para los químicos sobre cómo diseñar mejores vidrios”, dice Antonio Facchetti, químico de la Universidad Northwestern.

Las películas delgadas de gran superficie de vidrio de alúmina sin defectos podrían hacer que la electrónica fuera más confiable. Y si los hallazgos se aplicasen a otros sistemas de vidrio, se podrían abrir aplicaciones completamente nuevas, dice Hideo Hosono, un científico de materiales en el Instituto de Tecnología de Tokio. Él señala que los semiconductores amorfos, como el óxido de zinc de indio y galio, utilizado en transistores de película delgada para pantallas de cristal líquido y televisores de diodos orgánicos emisores de luz, pertenecen a esta categoría. “Creo que este hallazgo implica un potencial oculto de los materiales iónicos amorfos”, añade.

Traducido al español por Marta Isabel Gutiérrez para C&EN. La versión original (en inglés) de este artículo está disponible aquí.

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This article was updated on Dec. 3, 2019, to correct three small translation errors.

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