Ist Alumosilikatglas das „stärkste Glas aller Zeiten“?

Meinung des Herausgebers: Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Herstellung von superstarkem Glas entwickelt. Bei diesem Verfahren wird normales Oxidglas mit Alumosilikat bei extrem hohen Temperaturen und hohem Druck gemischt. Das resultierende Material wird in einigen Veröffentlichungen als das „stärkste Glas aller Zeiten“ bezeichnet, aber ist es das?

Materialwissenschaftler der Universität Bayreuth in Deutschland haben ein Glas entwickelt, das mehr als doppelt so stark ist wie Gorilla-Glas. Cornings Gorilla Glass Victus ist mit einer Bruchzähigkeit von 0,76 Megapascal (MPa) das härteste Material. Das in der Bayreuther Studie – veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Materials dieses Monats – hergestellte Glas hat eine Festigkeit von 1,99 MPa. Die Forscher behaupten, dass es „alle anderen gemeldeten Massenoxidgläser“ übertrifft, was Extreme Tech dazu veranlasste, die sensationelle Schlagzeile zu veröffentlichen: „Wissenschaftler nutzen extreme Hitze und Druck, um das stärkste Glas aller Zeiten herzustellen.“ Aber ist es das stärkste Glas aller Zeiten?

Die Schlagzeile ließ mich an eine Zeit im Jahr 2016 denken, als die Leute verrückt nach Star Trek waren, der die Entdeckung von transparentem Aluminium vorhersagte. Sie erinnern sich vielleicht an die Szene in Star Trek 4: Die Heimreise, in der Scotty und Bones einen Polymeringenieur davon überzeugen, ihnen Materialien für den Bau eines Tanks zur Unterbringung eines Wals zur Verfügung zu stellen, im Tausch gegen die Formel für transparentes Aluminium (unten).

Damals handelte es sich um eine sensationelle Geschichte, die schnell von Leuten entlarvt wurde, die darauf hinwiesen, dass Patente für die Entwicklung von Aluminiumoxinitrid (AlON) bis ins Jahr 1978 zurückreichen, acht Jahre vor der Veröffentlichung des Films. Einige der ersten kommerziellen Samples entstanden 1984, zwei Jahre vor der Veröffentlichung des Films. Natürlich folgten jahrelange Forschungsfortschritte, und ein 2016 von der Universität Oxford entdeckter Durchbruch im Herstellungsprozess führte zu dem weit verbreiteten Missverständnis.

Das Material der Universität Bayreuth unterscheidet sich geringfügig von AlON, ist aber nicht stärker. AlON wird durch die Verschmelzung von Aluminium-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen zu einer transparenten Keramik hergestellt. Aluminosilikatglas mischt Standardoxidglas mit Silizium, Aluminium, Bor und Sauerstoff (Aluminosilikat). Chemisch besteht der Hauptunterschied in der Substitution von Stickstoff durch Bor.

Beim AlON-Herstellungsprozess wird Aluminiumoxidpulver mit Ruß vermischt und in einer stickstoffreichen Atmosphäre auf etwa 1.650–1.850 Grad Celsius erhitzt. Bayreuther Forscher kombinierten Oxidglas mit Alumosilikat und erhitzten es unter einem Druck von 10–15 Gigapascal (GPa) auf 1.000 °C. Durch beide Prozesse entsteht eine parakristalline Struktur, die sehr hart ist (unten).

Gewöhnliches amorphes Glas (links) vs. parakristallines Glas (rechts). Die helleren Bereiche sind geordneter und erhöhen die Festigkeit. Bildnachweis: Universität Bayreuth

Das Bayreuther Verfahren führt zu Glas mit einer Bruchfestigkeit von 1,99 MPa +/- 0,06 MPa, nur geringfügig höher oder niedriger als AlON (2,0 MPa). Dieses neue Glas hat also in jeder Hinsicht die gleiche Festigkeit wie aktuelle Formen von AlON. Leider steht es nicht einmal an erster Stelle, wenn es um die Stärke geht.

Anfang des Jahres haben chinesische Wissenschaftler ein Glas synthetisiert, das hart genug ist, um Diamanten zu zerkratzen. Das vorläufig als AM-III bezeichnete amorphe Material wurde im Vickers-Härtetest mit 113 GPa bewertet. Als Referenz: Viele natürliche Diamanten haben eine Festigkeit zwischen 70 und 100 GPa. Allerdings können die härtesten Steine ​​die Skala auf 150 GPa neigen. Dieses Glas wird durch sehr langsames Erhitzen und Komprimieren von Fulleren auf einen Druck von 25 GPa und 1.200 °C über einen Zeitraum von 12 Stunden hergestellt.

Alle diese Stoffe unterscheiden sich in unterschiedlichem Maße, werden aber alle als „Glas“ bezeichnet. Ich glaube nicht, dass Extreme Tech in seiner Schlagzeile unaufrichtig war. Ich denke, es ist einfach in den Hype geraten, wie wir bei früheren Fortschritten in diesem Bereich gesehen haben. Die Behauptung der Studie, dass Alumosilikatglas stärker ist als jedes andere Massenoxidglas, ist gültig, jedoch nur mit der Bezeichnung „Massenoxidglas“. Sowohl AlON als auch Fullerenglas können zu Recht den gleichen Anspruch geltend machen, wobei letzteres derzeit das stärkste ist.

Bildnachweis: Stilvetro Acqui