Tο λεπτότερο φύλλο γυαλιού έχει πάχος δύο ατόμων

Στο δεξί τμήμα της εικόνας, η διάταξη των ατόμων στο φύλλο γυαλιού όπως φαίνεται στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Δεξιά, απεικόνιση της ίδιας διάταξης σε υπολογιστή (Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science)  

Στο Βιβλίο των Ρεκόρ Guinness καταχωρείται μια τυχαία ανακάλυψη που ανακοίνωσαν πέρυσι αμερικανοί και γερμανοί ερευνητές: δημιούργησαν το λεπτότερο φύλλο γυαλιού στον κόσμο, μια επιφάνεια με πάχος μόλις δύο ατόμων, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ουσιαστικά δισδιάστατη.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου Κορνέλ και του Πανεπιστημίου της Ουλμ δημιούργησαν κατά λάθος το υπέρλεπτο γυαλί στη διάρκεια ενός πειράματος για τη μελέτη του γραφενίου, του υλικού που κατέχει σήμερα το ρεκόρ μικρότερου πάχους.

Το γραφένιο, μια μορφή του άνθρακα συγγενική με το γραφίτη, αποτελείται από φύλλα άνθρακα πάχους ενός μόλις ατόμου.

Η μελέτη του λεπτότερου υλικού του κόσμου οδήγησε τελικά στη δημιουργία του λεπτότερου φύλλου γυαλιού. Οι ερευνητές προσπαθούσαν να δημιουργήσουν μια επίστρωση από γραφένιο σε φύλλα χαλκού που θερμαινόταν σε έναν κλίβανο από χαλαζία.

Παρατήρησαν όμως ότι το παραγόμενο γραφένιο ήταν καλυμμένο κατά τόπους από ένα περίεργο στρώμα «βρομιάς», η οποία αποδείχθηκε ότι αποτελούνταν από πυρίτιο και οξυγόνο, τα συστατικά του συνηθισμένου γυαλιού.

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μια διαρροή αέρα επέτρεψε στον άνθρακα να αντιδράσει με τον χαλαζία, ο οποίος επίσης αποτελείται από πυρίτιο και οξυγόνο, και έδωσε τελικά γυαλί.

Εκτός όμως του ότι κέρδισε ένα ρεκόρ Guinness, το πειραματικό ατύχημα δείχνει να προσφέρει απάντηση σε ένα ερώτημα 80 ετών σχετικά με τη φύση του γυαλιού.

Στα περισσότερα στερεά υλικά, τα άτομα βρίσκονται διατεταγμένα σε ένα άκαμπτο κρυσταλλικό πλέγμα. Το γυαλί όμως διαφέρει, αφού είναι ένα άμορφο υλικό με τα άτομά του να καταλαμβάνουν τυχαίες θέσεις, όπως συμβαίνει στα ρευστά.

Για το λόγο αυτό, το γυαλί μπορεί να θεωρηθεί ταυτόχρονα και στερεό και ρευστό.

Στην προσπάθειά τους να μελετήσουν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο τα υπέρλεπτα φύλλα γυαλιού, οι ερευνητές κατάφεραν για πρώτη φορά να απεικονίσουν τη διάταξη των ατόμων στο γυαλί. Και η διάταξη που βρήκαν παρουσίαζε εντυπωσιακή ομοιότητα με ένα θεωρητικό διάγραμμα για τη δομή του γυαλιού που είχε δημοσιεύσει το 1932.

 «Κοιτάζοντας προς τα πίσω την καριέρα μου, αυτή είναι η εργασία για την οποία είμαι πιο περήφανος» δηλώνει ενθουσιασμένος ο Ντέιβιντ Μούλερ, μέλος της ερευνητικής ομάδας στο Κορνέλ.

Η ανακάλυψη δημοσιεύτηκε το 2012 στην επιθεώρηση Nano Letters και το ρεκόρ θα δημοσιευτεί στην έκδοση του Guinness Book of World Records για το 2014.

Πηγή : in.gr

Διαβάστε το πρωτότυπο άρθρο εδώ
 

Υλικά (2) - Γυαλί

Η τεχνολογία του γυαλιού ήταν γνωστή στους αρχαίους Αιγύπτιους τουλάχιστον 2000 χρόνια πριν παρασκευαστεί βιομηχανικά ο πιο κοινός τύπος γυαλιού.

Σήμερα, σαν γυαλί ορίζεται το προϊόν της θερμικής σύντηξης στερεών σωμάτων, το οποίο κρυώνει χωρίς να κρυσταλλωθεί, παραμένοντας άμορφο.

Το βασικό συστατικό του γυαλιού είναι η άμμος (διοξείδιο του πυριτίου). Για να λειώνει σε χαμηλότερη θερμοκρασία, προστίθεται ανθρακικό νάτριο. Οι δύο ουσίες σχηματίζουν πυριτικό νάτριο, μια ένωση που είναι διαλυτή στο νερό και λέγεται "υδρύαλος". Εάν προσθέσουμε και ασβεστόλιθο (ανθρακικό ασβέστιο), το προϊόν είναι αδιάλυτο στο νερό.

Το πιο κοινό γυαλί παρασκευάζεται από 75% διοξείδιο του πυριτίου, 10% ανθρακικό ασβέστιο και 15% ανθρακικό νάτριο.

Το χρώμα αυτού του γυαλιού - φαίνεται καλύτερα στις κομμένες άκρες - είναι πρασινωπό, καθώς περιέχει ως προσμίξεις και ενώσεις του σιδήρου. Αυτό το χρώμα μπορεί να απαλειφθεί, προσθέτοντας οξείδια του μαγγανίου, του κοβαλτίου ή του αρσενικού.

Στο γυαλί μπορούμε να δώσουμε μια ποικιλία χρωμάτων. Για παράδειγμα, ενώσεις του σεληνίου ή μεταλλικός χρυσός, σε μικρές ποσότητες, δίνουν έντονο κόκκινο, ενώσεις του κοβαλτίου ή του χαλκού μπλε, ενώ ενώσεις του χρωμίου δίνουν πράσινο χρώμα.

Ένα από τα προβλήματα του κοινού γυαλιού είναι η συμπεριφορά του στις μεγάλες ή τις μικρές θερμοκρασίες.

Το 1912 ανακαλύφθηκε ότι εάν το μεγαλύτερο μέρος του ανθρακικού νατρίου αντικατασταθεί με οξείδιο του βορίου και μέρος από τον ασβεστόλιθο με οξείδιο του αργιλίου, προκύπτει ένα είδος γυαλιού που αντέχει περισσότερο στις θερμοκρασιακές μεταβολές και σε όλες τις χημικές ουσίες, εκτός από το υδροφθορικό οξύ. Το βοριοπυριτικό αυτό γυαλί είναι περισσότερο γνωστό με το όνομα που πρωτοκυκλοφόρησε στο εμπόριο : Pyrex.

Ακόμα μεγαλύτερη θερμική αντοχή έχει ένα άλλο γυαλί, που λέγεται Vykor και αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από διοξείδιο του πυριτίου.

Όταν στη θέση του ανθρακικού νατρίου χρησιμοποιηθεί οξείδιο του μολύβδου, το γυαλί που παράγεται - "κρύσταλλο" - έχει υψηλό δείκτη διάθλασης και όταν κοπεί σε σχήματα με γωνίες και πέσει πάνω του φως, λάμπει με μια έντονη λάμψη, η οποία έχει ελκύσει όλους τους τεχνίτες του γυαλιού για αιώνες μέχρι τώρα.

Μικρές αλλαγές στη σύσταση του γυαλιού μπορούν να προκαλέσουν μεγάλες αλλαγές στις ιδιότητές του. Ένα παράδειγμα είναι η προσθήκη χλωριούχου αργύρου, που σκουραίνει με την επίδραση του ηλιακού φωτός. Αυτό το χρώμα χάνεται όταν δεν υπάρχει φως, ξαναεμφανίζεται με την επίδραση του φωτός κ.ο.κ. Έτσι μπορούμε να παρασκευάσουμε φωτοχρωμικά γυαλιά. Μια τυχαία υπερθέρμανση αυτού του φωτοευαίσθητου γυαλιού, οδήγησε σε ένα μόνιμα αδιαφανές γυαλί, για το οποίο βρέθηκε ότι ήταν πρακτικά  άθραυστο.

Όπως παντού, έτσι και στο γυαλί : νέες εφαρμογές θα κρύβουν νέες - ευχάριστες - εκπλήξεις...

Δείτε ακόμα : Ιστορία του γυαλιού (Wikipedia)

Aυτοκαθαριζόμενο γυαλί από το MIT

Ερευνητές του MIT κατασκεύασαν ένα νέο είδος “αυτοκαθαριζόμενου” γυαλιού, με μεγάλη προστασία έναντι στους υδρατμούς και τη θαμπάδα, το οποίο θα μπορούσε μελλοντικά να χρησιμοποιηθεί σε συσκευές smartphones, σε tablets, στα αυτοκίνητα ή ακόμη και σε κτίρια για την αποφυγή αντανακλάσεων. Αναφέρεται ότι οι σταγόνες νερού που προσπίπτουν στη γυάλινη αυτή επιφάνεια αναπηδούν και συμπεριφέρονται ως “μικροσκοπικές μπάλες από καουτσούκ”.

Η επιφάνεια του γυαλιού αποτελείται από κώνους νανομετρικών διαστάσεων, 1.000 με 100.000 φορές μικρότερους από τη διάμετρο μιας τρίχας από τα μαλλιά ενός ανθρώπου. Αυτού του είδους η “νανοδομή” χαράσσεται μέσα στο γυαλί όπου στη συνέχεια περνά από μια διαδικασία εναπόθεσης ατμού. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται θύλακες αέρα ελαχιστοποιώντας έτσι την επαφή μεταξύ των σταγόνων νερού και της γυάλινης επιφάνειας. Έπειτα οι σταγόνες νερού ουσιαστικά “αναπηδούν” στην επιφάνεια, αντί να κολλάνε σε αυτή.

Δείτε τη σχετικό άρθρο και το αντίστοιχο βίντεο εδώ