Le verre est utilisé dans une gamme plus large d'applications hautes performances, notamment celles destinées aux consommateurs et à l'industrie, à l'électronique militaire et aérospatiale, aux revêtements et à l'optique. En raison de l'extrême précision requise pour l'utilisation de produits tels que les téléphones portables et les avions à réaction, les substrats en verre ne doivent pas changer de forme au cours du processus de fabrication.
Corning Incorporated, fabricant de verre, de céramique et de matériaux associés innovants, investit d'énormes ressources dans l'étude de la stabilité de différents types de verre. Récemment, des chercheurs de Corning ont découvert que comprendre la stabilité des anneaux atomiques dans les matériaux en verre peut les aider à prédire les performances des produits en verre. Cette capacité est importante car le verre le plus largement utilisé est le verre silicaté, composé d'anneaux atomiques de différentes tailles reliés en trois dimensions.
En menant des expériences de diffusion de neutrons au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie, les scientifiques de l'ORNL et de Corning ont découvert qu'à mesure que le nombre d'anneaux atomiques plus petits et moins stables dans un verre augmente, l'instabilité ou la fragilité liquide du verre augmente également. /P>
Les résultats des expériences sur les neutrons, publiés dans Nature Communications , révèlent une corrélation claire entre la structure cyclique atomique à moyenne portée d'un verre de silicate et sa fragilité liquide. La viscosité du verre liquide change considérablement lorsqu'il est refroidi jusqu'à la température de transition vitreuse. Un liquide plus fragile aura un changement de viscosité plus important avec un changement de température donné.
"Auparavant, le mécanisme à l'origine des transitions vitreuses avait échappé aux scientifiques", a déclaré Ying Shi, auteur correspondant de l'article de l'étude et associé de recherche chez Corning. "On ne comprenait pas clairement pourquoi certains types de verre se solidifiaient plus rapidement ou plus lentement."
Shi et ses collaborateurs de Corning, de l'Université de Californie à Los Angeles et de l'Université d'Oxford ont travaillé avec les scientifiques de la ligne de lumière du diffractomètre à neutrons NOMAD à la source de neutrons de spallation de l'ORNL pour étudier le verre d'aluminosilicate, couramment utilisé par l'industrie.
À l'aide d'un outil d'analyse de données de diffusion de neutrons récemment développé et validé, RingFSDP, l'équipe a identifié des modèles clés dans les données collectées qui ont révélé la relation entre la fragilité du liquide dans le verre et la stabilité de son anneau atomique.
RingFSDP est un programme gratuit et open source développé par des scientifiques de Corning et ORNL pour étudier les structures d'anneaux atomiques du verre silicaté. Il dérive les distributions de taille d'anneau dans le verre silicaté à partir de la forme du premier pic de diffraction net dans les données de diffraction des neutrons.
"Connecter la plage de températures de transition vitreuse aux caractéristiques structurelles sous-jacentes d'un verre aura un impact significatif sur la conception et la production du verre", a déclaré Douglas Allan, co-auteur de l'article et chercheur chez Corning. "Nos travaux montrent une corrélation claire entre la structure annulaire atomique d'un verre et sa plage de température de transition vitreuse et donc les caractéristiques de performance du verre."
Plus d'informations : Ying Shi et al, Révélant la relation entre la fragilité des liquides et l'ordre à moyenne portée dans les verres silicatés, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-022-35711-6
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par le Laboratoire national d'Oak Ridge
