Το γυαλί είναι ένα υλικό με πολλά πρόσωπα. Θεωρείται παλιό όσο και μοντέρνο, με σημαντική αντοχή αλλά και ευθραυστότητα και μπορεί να υιοθετήσει σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα ή χρώμα. Αυτές οι ιδιότητες του γυαλιού είναι ο λόγος που οι άνθρωποι το χρησιμοποιούν για να φτιάξουν σχεδόν τα πάντα, από οθόνες smartphone και καλώδια οπτικών ινών, έως φιαλίδια φαρμάκων.
Η ανθρωπότητα εξελίχθηκε χρησιμοποιώντας το γυαλί με διάφορους τρόπους για χιλιετίες. Ωστόσο, και παρά την εκτεταμένη χρήση του για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, ερευνητές σε όλο τον κόσμο εξακολουθούν να ανακαλύπτουν νέες δυνατότητες χρήση του γυαλιού ακόμα και σήμερα.
Ίσως να έχετε ακούσει ότι το γυαλί είναι στην πραγματικότητα ένα υγρό και όχι ένα στερεό υλικό. Αλλά η πραγματικότητα είναι πολύ πιο ενδιαφέρουσα: το γυαλί δεν ταιριάζει απόλυτα σε καμία από αυτές τις φάσεις της ύλης και είναι από πολλές απόψεις μια κατάσταση της ύλης από μόνη της. Ερευνητές της επιστήμης των υλικών συνεχίζουν να μελετούν το γυαλί και προσπαθούν συνεχώς να κατανοήσουν αυτό το μοναδικό υλικό, ελπίζοντας να ανακαλύψουν νέους τρόπους χρήσης του γυαλιού στο μέλλον.
Τι είναι το γυαλί;
Οι επιστήμονες συμφωνούν ότι ο καλύτερος τρόπος για να γνωρίσουμε το γυαλί είναι να δούμε αναλυτικά τον τρόπο με τον οποίο παράγεται.
Το πρώτο βήμα για την παραγωγή γυαλιού απαιτεί τη θέρμανση ενός μίγματος ορυκτών -συχνά ανθρακικού νατρίου, ασβεστόλιθου και χαλαζιακής άμμου- έως την τήξη τους, περίπου στους 1.480οC. Σε αυτή την κατάσταση, τα συστατικά του γυαλιού ρέουν ελεύθερα στο υγρό και κινούνται με άτακτο τρόπο. Εάν αυτό το υγρό κρυώσει αρκετά γρήγορα, αντί να στερεοποιηθεί σε μια οργανωμένη, κρυσταλλική δομή όπως τα περισσότερα στερεά, το μείγμα στερεοποιείται διατηρώντας την άμορφη δομή του. Αυτή η άμορφη δομή είναι ατομικά διαταραγμένη και καθορίζει το γυαλί.
Σε σύντομες χρονικές κλίμακες, το γυαλί συμπεριφέρεται σαν ένα στερεό. Αλλά η υγρή δομή του γυαλιού σημαίνει ότι με την πάροδο ενός ικανά μεγάλου χρονικού διαστήματος, το γυαλί υφίσταται μια διαδικασία που ονομάζεται relaxation. Η διαδικασία αυτή είναι μεν συνεχής αλλά εξαιρετικά αργή όπου τα άτομα σε ένα κομμάτι γυαλιού αναδιατάσσονται αργά, λαμβάνοντας τη μορφή μιας πιο σταθερής δομής. Σε περισσότερο από 1 δισεκατομμύριο χρόνια, ένα τυπικό κομμάτι γυαλιού αλλάζει σχήμα κατά λιγότερο από 1nm, περίπου 1/70.000 της διαμέτρου ανθρώπινης τρίχας.
Στο μυαλό των περισσοτέρων από εμάς, η λέξη γυαλί συχνά αναφέρεται σε μια σκληρή, εύθραυστη, διαφανή ουσία, κατασκευασμένη κυρίως από άμμο. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί τύποι γυαλιού που δεν είναι διαφανείς και το γυαλί μπορεί να κατασκευαστεί από οποιονδήποτε συνδυασμό στοιχείων, αρκεί το υγρό μείγμα να ψύχεται αρκετά γρήγορα ώστε να αποφευχθεί η κρυστάλλωση.
Από την Εποχή του Λίθου μέχρι σήμερα
Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν γυαλί για περισσότερα από 4.000 χρόνια, με μερικές από τις πρώτες χρήσεις του υλικού να είναι στη διακόσμηση αλλά και στην κατασκευή αιχμών για βέλη. Οι αρχαιολόγοι έχουν ανακαλύψει στοιχεία για εργαστήρια γυαλιού ηλικίας περίπου 2.000 ετών. Ένα τέτοιο αρχαίο εργαστήριο αποκαλύφθηκε κοντά στη Haifa στο σύγχρονο Ισραήλ και χρονολογείται γύρω στο 350 μ.Χ. Εκεί, αρχαιολόγοι ανακάλυψαν κομμάτια ακατέργαστου γυαλιού, κλιβάνους τήξης γυαλιού και γυάλινα δοχεία διαφόρων χρήσεων.
Η σύγχρονη κατασκευή γυαλιού ξεκίνησε στις αρχές του 20ου αιώνα με την ανάπτυξη των τεχνικών μαζικής παραγωγής για γυάλινες φιάλες και επίπεδα γυάλινα φύλλα. Το γυαλί έγινε ουσιαστικό μέρος της βιομηχανίας ηλεκτρονικών και τηλεπικοινωνιών στο τελευταίο μέρος του 20ου αιώνα και επί του παρόντος αποτελεί τη ραχοκοκκαλιά για το σύγχρονο διαδίκτυο με την ανάπτυξη των δικτύων οπτικών ινών.
Μελλοντικές χρήσεις του γυαλιού
Στη σύγχρονη εποχή, οι επιστήμονες δε χρησιμοποιούν το γυαλί απλώς ως υλικό κατασκευής των γνωστών σε όλους μας χρηστικών αντικειμένων. Στην αιχμή της έρευνας για το γυαλί βρίσκεται η ικανότητα χειρισμού της πολύπλοκης ατομικής δομής του και της διαδικασίας relaxation για την επίτευξη ορισμένων ιδιοτήτων.
Επειδή το γυαλί είναι ατομικά διαταραγμένο και συνεχώς μεταβαλλόμενο, οποιαδήποτε δύο σημεία σε ένα κομμάτι γυαλιού είναι πιθανό να έχουν ελαφρώς διαφορετικές ιδιότητες, είτε πρόκειται για την αντοχή, το χρώμα, την αγωγιμότητα ή κάτι άλλο. Λόγω αυτών των διαφορών, δύο παρόμοια κομμάτια γυαλιού που κατασκευάστηκαν με τον ίδιο τρόπο, χρησιμοποιώντας τα ίδια υλικά, μπορεί να συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά.
Για να προβλέψουμε καλύτερα πώς συμπεριφέρεται ένα κομμάτι γυαλιού, έχουν γίνει έρευνες με σκοπό την ποσοτικοποίηση και τη διαχείριση της χαοτικής και συνεχώς μεταβαλλόμενης ατομικής δομής του γυαλιού. Οι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα αυτό, είχαν άμεσα οφέλη για τις υπάρχουσες τεχνολογίες.
Για παράδειγμα, οι οθόνες των τηλεφώνων δεν σπάνε τόσο εύκολα όσο το 2014, εν μέρει επειδή νέες τεχνικές επεξεργασίας έχουν μειώσει τις διαφορές στις αντοχές των ατομικών δεσμών με σκοπό τη σημαντική μείωση της διάδοσης των ρωγμών. Ομοίως, οι ταχύτητες του Διαδικτύου έχουν βελτιωθεί σημαντικά τα τελευταία 20 χρόνια, επειδή οι ερευνητές έχουν βρει τρόπους για να είναι πιο ομοιόμορφη η πυκνότητα του γυαλιού που χρησιμοποιείται σε οπτικές ίνες και, ως εκ τούτου, πιο αποτελεσματική στη μετάδοση δεδομένων.
Μια βαθύτερη κατανόηση του τρόπου χειρισμού της μεταβαλλόμενης, χαοτικής δομής του γυαλιού θα μπορούσε να οδηγήσει σε μεγάλες εξελίξεις στην τεχνολογία τα επόμενα χρόνια. Οι ερευνητές εργάζονται επί του παρόντος σε μια σειρά έργων, μεταξύ των οποίων γυάλινες μπαταρίες που θα μπορούσαν να επιτρέψουν μεγαλύτερες ταχύτητες φόρτισης και βελτιωμένη αξιοπιστία, ανεμογεννήτριες από fiberglass που θα απαιτούν λιγότερη συντήρηση από τους υπάρχοντες στρόβιλους και βελτιωμένες συσκευές αποθήκευσης μνήμης.
Με πληροφορίες από fortune.com
ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
Σχετικα αρθρα
