Plastisen lasin aikakausi
Erkka Frankberg
Erkka Frankberg (kuva 1) johti tutkijaryhmää, joka löysi vuonna 2019 uudenlaisen, matalassa lämpötilassa muovautuvan superlujan lasimateriaalin. Lasin muovaaminen korkeassa lämpötilassa on lasinpuhaltajille tuttua työtä, mutta aikaisemmin muovaamisen ei uskottu olevan mahdollista huoneenlämpötilassa.
Muovattavuus saadaan aikaan, kun tavallisessa lasissa oleva pii korvataan alumiinilla, niin että lasi koostuu puhtaasta alumiinioksidista. Tämä aiheuttaa sen, että vuosisatoja vanhoja lasinkäsittelyn menetelmiä ei voida enää käyttää – aine kiteytyy helposti, jos se jäähdytetään kiinteäksi sulasta liian hitaasti, tai sitä ylilämmitetään käsiteltäessä. Työ on jatkunut aktiivisesti ja sen puitteissa on tuotu löydös lähemmäksi käytäntöä. Tarkoituksena on ollut kehittää muovautuvan lasin vaatimaa valmistusmenetelmää niin, että voitaisiin kasvattaa suurempia ja paksumpia lasikalvoja. Tässä on onnistuttu jopa odotuksiakin paremmin.
kuva 1: Erkka Frankberg, kuvaaja: Jonne Renvall
Alun perin löydös tehtiin häviävän ohuiden, kymmenien nanometrien paksuisten lasikalvojen avulla. Nyt menetelmää on kehitetty niin, että plastisuus on kyetty näyttämään kymmenien mikrometrien paksuisessa lasilevyssä. Tämä paksuus vastaa jo ihmisen hiusta tai tiedonsiirrossa käytettyä lasikuitua. Lisäksi käytännön tilanteissa iskut voivat olla äkillisiä ja voimakkaita. Lasin tulisi muovautua murtumatta kaikissa tilanteissa, jotta ilmiö olisi hyödyllinen.
Uusissa kokeissa näytettiin myös, että aine kestää kuormitusta, joka vastaa suoranaista vasarointia ja kosketusnäytön pudottamista kovalle lattialle. Kuva 2 osoittaa miten uudesta lasista valmistettu mikroskooppinen nasta on muovautunut rikkoutumatta, kun sitä on puristettu kasaan.
Lisäksi käytännön sovellusten kannalta on olennaista osoittaa, että sama käytös toistuu erilaisissa kuormitustilanteissa, kuten taivutuksessa ja venytyksessä. Tässä on jo myös onnistuttu ja tulokset saadaan toivottavasti pian julkaistua. Tosin tulosten todistaminen akateemisin kriteerein vaatii aikaa ja kärsivällisyyttä.
kuva 2: Alumiinioksidilasista valmistettu nasta, joka muovautuu levymäiseksi, kun sitä puristetaan huoneenlämpötilassa.
Kuvat on otettu elektronimikroskoopilla, joten aine näyttää opaakilta, mutta tavallisessa valossa aine on väritöntä ja läpinäkyvää. kuvaajat: Aloshious Lambai ja Gaurav Mohanty, kuvankäsittely: Erkka Frankberg
Lasinpuhaltajat ovat myös tienneet jo kauan, että riittävän ohueksi venytetty lasikuitu voi olla hyvin taipuisa huoneenlämmössäkin. Tämä taipuisuus on kuitenkin elastista eli kuitu palaa muotoonsa, kun se päästetään taas vapaaksi. Tämän ilmiön perustana ovat myös hiljattain esiin nousseet taipuvat lasinäytöt elektroniikassa. Pohjimmiltaan nämäkin lasit ovat kuitenkin tavallista piipohjaista lasia: pysyvä muodonmuutos kylmänä ei ole mahdollista, ja esimerkiksi kiveniskemä rikkoo lasin helposti säröille. Tästä syystä taipuvan näytön lasi usein suojataan vielä muovikalvolla.
Frankbergin johtaman tutkijaryhmän uusimpiin tutkimustuloksiin voi tutustua tarkemmin avoimesti julkaistun tutkimusartikkelin avulla: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303142