Des supports de plasticité (le silicium quintuple montré ici) se forment au contact de nanoparticules de silice sous une pression extrême, en route vers un verre de silice ductile entièrement dense Crédit :Rensselaer Polytechnic Institute
Si vous avez déjà laissé tomber votre smartphone sur un sol en béton, vous savez ce sentiment redouté lorsque vous le retournez pour voir à quel point l'écran s'est fissuré, mais ce stress pourrait bientôt appartenir au passé. Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont découvert un moyen de rendre le verre moins cassant et moins susceptible de se briser.
Leurs découvertes, dirigé par Yunfeng Shi, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à Rensselaer, ont été récemment publiés dans Nano Lett .
Le verre actuellement utilisé sur de nombreux smartphones appartient à la famille des verres oxydés, dans lequel les atomes de silicium se lient généralement à quatre atomes d'oxygène. Ce type d'agencement de liaison crée un réseau de verre rigide qui ne permet pas la déformation plastique. Donc, lorsqu'une contrainte externe importante est appliquée, comme c'est le cas lorsqu'un téléphone tombe sur un sol dur, le verre se brise.
Ce que Shi et ses collègues ont découvert grâce à des simulations moléculaires, c'est que le verre de silice, fabriqué en comprimant des nanoparticules de silice ensemble, peut être étiré jusqu'à 100 pour cent sans se casser. Ils ont également découvert que la ductilité améliorée apparaît lorsque le silicium se lie avec cinq atomes d'oxygène au lieu de quatre, dit Shi. Ceci est connu sous le nom de silicium quintuple, et il est capable de cisaillement sous contrainte.
"La compression modifie en fait la structure du matériau, " dit Shi.
Cette plasticité améliorée permet au verre de supporter plus de charge sans se fracturer. Au-delà de nos téléphones, le potentiel de cette découverte s'étend à de nombreuses applications.
"Ce verre est en fait aussi rigide que l'acier. Alors, si le verre peut être suffisamment trempé, il peut remplacer l'acier, " a déclaré Shi. "Notre Saint Graal est de fabriquer un matériau structurel transparent."
Cette découverte a été faite grâce à des simulations moléculaires. Maintenant, Shi a dit, l'étape suivante consiste à le tester en laboratoire.
Yanming Zhang, un étudiant diplômé du Département de science et génie des matériaux, est le premier auteur de cet article. Le travail a été réalisé en collaboration avec Liping Huang, professeur de science et d'ingénierie des matériaux.
