Les ingénieurs mécaniciens et les scientifiques des matériaux de l'UCLA ont mis au point un processus qui utilise des nanoparticules pour renforcer la structure atomique du verre. Le résultat est un produit au moins cinq fois plus résistant que n'importe quel verre actuellement disponible.

Le processus pourrait produire du verre utile pour les applications industrielles - dans les composants de moteur et les outils pouvant résister à des températures élevées, par exemple, ainsi que pour les portes, tables et autres éléments architecturaux et de conception.

L'étude a été publiée en ligne dans la revue Matériaux avancés et sera inclus dans une future édition imprimée. Les auteurs ont écrit que la même approche pourrait également être utilisée pour la fabrication de céramiques plus résistantes qui pourraient être utilisées, par exemple, dans des composants d'engins spatiaux mieux à même de résister à une chaleur extrême.

En science des matériaux, La « ténacité » mesure la quantité d'énergie qu'un matériau peut absorber – et combien il peut se déformer – sans se fracturer. Alors que le verre et la céramique peuvent être renforcés par des traitements externes, comme les revêtements chimiques, ces approches ne changent pas le fait que les matériaux eux-mêmes sont fragiles.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs de l'UCLA se sont inspirés de la structure atomique des métaux, qui peut prendre un martèlement et ne pas casser.

"Les liaisons chimiques qui maintiennent le verre et la céramique ensemble sont assez rigides, tandis que les liaisons en métaux permettent une certaine flexibilité, " dit Xiaochun Li, le Raytheon Professor of Manufacturing à la UCLA Samueli School of Engineering, et le chercheur principal de l'étude. « En verre et en céramique, lorsque l'impact est suffisamment fort, une fracture se propagera rapidement à travers le matériau dans un chemin principalement rectiligne.

"Quand quelque chose heurte un métal, ses liaisons chimiques plus déformables agissent comme des amortisseurs et ses atomes se déplacent tout en maintenant la structure ensemble."

Les chercheurs ont émis l'hypothèse qu'en infusant du verre avec des nanoparticules de carbure de silicium, une céramique de type métal, le matériau résultant serait capable d'absorber plus d'énergie avant de tomber en panne. Ils ont ajouté les nanoparticules dans du verre fondu à 3, 000 degrés Fahrenheit, ce qui a permis de s'assurer que les nanoparticules étaient uniformément dispersées.

Une fois le matériau solidifié, les nanoparticules intégrées pourraient agir comme des obstacles à des fractures potentielles. Lorsqu'une fracture se produit, les minuscules particules le forcent à se ramifier en de minuscules réseaux, au lieu de lui permettre de prendre un chemin droit. Cette ramification permet au verre d'absorber beaucoup plus d'énergie d'une fracture avant qu'elle ne cause des dommages importants.

Frittage, dans lequel une poudre est chauffée sous pression, puis refroidi, est la principale méthode de fabrication du verre. C'était également la méthode utilisée dans les expériences précédentes par d'autres groupes de recherche pour disperser des nanoparticules dans le verre ou la céramique. Mais dans ces expériences, les nanoparticules n'étaient pas réparties uniformément, et le matériau résultant avait une ténacité inégale.

Les blocs de verre que l'équipe de l'UCLA a développés pour l'expérience étaient quelque peu laiteux, plutôt que clair, mais Li a déclaré que le processus pourrait être adapté pour créer du verre transparent.