Le verre fait partie de la société depuis des milliers d'années, il est donc facile pour ce matériau de devenir invisible et négligé, mais un scientifique des matériaux de Penn State a élaboré un plan pour cartographier le génome du verre et faire avancer l'avenir du verre.

L'effort fait partie de la Materials Genome Initiative, qui essaie de doubler la vitesse de développement de nouveaux matériaux.

Jean Mauro, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à Penn State, construit un ensemble d'outils de modélisation prédictive combinant les connaissances de la physique et de la chimie du verre, cartographier les éléments constitutifs et les propriétés du verre, tout comme les efforts pour comprendre le génome humain. Son équipe est déjà en train de construire une base solide pour comprendre la composition du verre, la structure et les relations de propriété dans les systèmes pertinents du point de vue industriel. Il rapporte ses résultats dans un récent numéro de Opinion actuelle en science du solide et des matériaux .

"L'idée de décoder le génome de verre est que nous embrassons toutes ces différentes approches de modélisation, de la physique fondamentale à la modélisation empirique et à l'apprentissage automatique, " a déclaré Mauro. " En combinant tous ces outils ensemble, nous pouvons obtenir les meilleurs modèles pour toutes les propriétés du verre qui nous intéressent. Ensuite, nous pouvons utiliser ces nouvelles connaissances pour améliorer les compositions actuelles, ainsi que d'entrer dans de nouveaux espaces de composition."

Un domaine que Mauro souhaite renforcer est la collaboration entre les communautés de la chimie du verre et de la physique du verre. Il a fait carrière en combinant ces deux domaines et a déclaré que l'interaction entre la chimie et la physique sera essentielle pour mieux comprendre le verre.

Le concept de modèles d'apprentissage machine pour faire avancer la recherche sur les matériaux, où les ordinateurs avancés analysent des variables et des combinaisons apparemment innombrables pour rechercher de nouvelles propriétés et utilisations, existe depuis de nombreuses années. Mais il est récemment devenu une force motrice en raison de la puissance de calcul en constante expansion.

Mauro a déclaré que les inventeurs cherchent traditionnellement à adapter le verre pour répondre à des propriétés spécifiques. Par exemple, Verre Gorilla de Corning, que Mauro a aidé à concevoir, ajoute de la force à une fine couche de verre transparent. Cependant, l'approche du génome permettra aux inventeurs de penser différemment car elle mettra en évidence la myriade de propriétés potentielles disponibles grâce aux formulations de verre. Les compositions de verre peuvent ensuite être transformées en matériaux uniques pour répondre aux exigences strictes des applications futures.

"C'est très différent de simplement essayer de concevoir un verre qui n'a besoin que d'un ensemble spécifique de propriétés, car souvent ces propriétés cibles changeront, " dit Mauro. " Avec l'approche du génome, peu importe comment la cible change, vous êtes en mesure de proposer quelque chose pour répondre à ces exigences."

Cocher une liste de domaines où le verre est toujours à la pointe de la technologie :production et stockage d'énergie, des bâtiments plus performants, composants biomédicaux, délivrance et communication de médicaments nanomédicaux, et la technologie d'affichage de l'information—il est facile de voir l'importance de comprendre toutes les propriétés potentielles du verre.

"Certaines personnes pensent que le verre est un matériau démodé parce qu'il est utilisé depuis des milliers d'années, " dit Mauro. " Par exemple, nous tenons pour acquis les vitres, pourtant il y a beaucoup de chimie avancée, la physique et la technologie d'ingénierie qui entrent dans la fabrication du verre à vitre commun. Si nous voulons développer la prochaine génération de produits en verre, nous devons développer une compréhension très profonde du verre. »