vidrio
 |
| La obsidiana es un vidrio de forma natural. Documental de Layne Kennedy/Corbis vía Getty Images |
El vidrio es un material de muchas caras: es a la vez antiguo y moderno, fuerte pero delicado, y capaz de adoptar casi cualquier forma o color. Estas propiedades del vidrio son la razón por la cual la gente lo usa para hacer de todo, desde pantallas de teléfonos inteligentes y cables de fibra óptica hasta viales que contienen vacunas .
13 junio 2023.- La humanidad ha estado utilizando el vidrio de alguna manera durante milenios , y los investigadores todavía están encontrando nuevos usos para él en la actualidad. No es raro escuchar el hecho tantas veces repetido de que el vidrio es en realidad un líquido, no un sólido. Pero la realidad es mucho más interesante: el vidrio no encaja perfectamente en ninguna de esas categorías y, en muchos sentidos, es un estado de la materia en sí mismo.
¿Qué es el vidrio?
La mejor manera de entender el vidrio es entender cómo se hace.
El primer paso para hacer vidrio requiere calentar una mezcla de minerales, a menudo carbonato de sodio, piedra caliza y arena de cuarzo, hasta que se derritan en un líquido a alrededor de 2700 grados Fahrenheit (1480 Celsius). En este estado, los minerales fluyen libremente en el líquido y se mueven de forma desordenada. Si este líquido se enfría lo suficientemente rápido, en lugar de solidificarse en una estructura cristalina organizada como la mayoría de los sólidos, la mezcla se solidifica manteniendo la estructura desordenada. Es la estructura atómicamente desordenada lo que define al vidrio.
En escalas de tiempo cortas, el vidrio se comporta como un sólido. Pero la estructura líquida del vidrio significa que durante un período de tiempo lo suficientemente largo, el vidrio experimenta un proceso llamado relajación . La relajación es un proceso continuo pero extremadamente lento en el que los átomos de una pieza de vidrio se reorganizarán lentamente en una estructura más estable.
Durante mil millones de años, una pieza típica de vidrio cambiará de forma en menos de 1 nanómetro , aproximadamente 1/70 000 del diámetro de un cabello humano. Debido a la lenta tasa de cambio, el mito de que las ventanas viejas son más gruesas en la parte inferior debido a siglos de gravedad tirando del vidrio que fluye lentamente no es cierto.
Coloquialmente, la palabra vidrio a menudo se refiere a una sustancia dura, quebradiza y transparente hecha de arena, sosa y cal fusionadas. Sin embargo, hay muchos tipos de vidrio que no son transparentes, y el vidrio se puede fabricar a partir de cualquier combinación de elementos siempre que la mezcla líquida se pueda enfriar lo suficientemente rápido para evitar la cristalización.
Desde la edad de piedra hasta hoy
Los seres humanos han estado usando vidrio durante más de 4000 años, y algunos de los primeros usos fueron para cuentas de vidrio decorativas y puntas de flecha. Los arqueólogos también han descubierto evidencia de talleres de vidrio de 2000 años de antigüedad. Uno de esos talleres antiguos fue descubierto cerca de Haifa en el Israel moderno y data de alrededor del año 350 d.C. Allí, los arqueólogos descubrieron piezas de vidrio en bruto , hornos para fundir vidrio, vasijas de vidrio utilitarias y restos del soplado de vidrio.
La fabricación moderna de vidrio comenzó a principios del siglo XX con el desarrollo de técnicas de producción en masa para botellas de vidrio y láminas de vidrio planas . El vidrio se convirtió en una parte esencial de la industria de la electrónica y las telecomunicaciones en la última parte del siglo XX y ahora forma la columna vertebral de Internet .
Tecnologías habilitadoras de vidrio del mañana
Hoy en día, los científicos van mucho más allá del simple uso del vidrio como material para una taza o un espejo. A la vanguardia de la investigación sobre el vidrio se encuentra la capacidad de manipular su compleja estructura atómica y su proceso de relajación para lograr ciertas propiedades.
Debido a que el vidrio está atómicamente desordenado y siempre está cambiando , es probable que dos puntos cualesquiera de una pieza de vidrio tengan propiedades ligeramente diferentes, ya sea resistencia, color, conductividad u otra cosa. Debido a estas diferencias, dos piezas de vidrio similares que fueron hechas de la misma manera usando los mismos materiales pueden comportarse de manera muy diferente.
Para predecir mejor cómo se comporta una pieza de vidrio, nuestro equipo ha estado investigando cómo cuantificar y manipular la estructura atómica caótica y en constante cambio del vidrio. Los avances recientes en este campo han tenido beneficios directos para las tecnologías existentes.
Por ejemplo, las pantallas de los teléfonos no se agrietan tan fácilmente como en 2014, en parte porque las nuevas técnicas de procesamiento reducen las diferencias en la fuerza de los enlaces atómicos para dificultar la propagación de las grietas. Del mismo modo, las velocidades de Internet han mejorado enormemente en los últimos 20 años porque los investigadores han descubierto formas de hacer que la densidad del vidrio utilizado para las fibras ópticas sea más uniforme y, por lo tanto, más eficiente en la transmisión de datos.
Una comprensión más profunda de cómo manipular la estructura cambiante y caótica del vidrio podría conducir a grandes avances tecnológicos en los próximos años. Los investigadores están trabajando actualmente en una variedad de proyectos, que incluyen baterías de vidrio que podrían permitir velocidades de carga más rápidas y una mayor confiabilidad, turbinas eólicas de fibra de vidrio que requieren menos mantenimiento que las turbinas existentes y dispositivos de almacenamiento de memoria mejorados.
Fuente: Juan C. Mauro, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Penn State University.
COMENTARIOS