Behandling af glas som en polymer

Rent kvartsglas er meget gennemsigtigt og modstandsdygtigt over for termisk, fysisk, og kemiske påvirkninger. Disse er optimale forudsætninger for brug i optik, datateknologi eller medicinsk teknik. For effektiv, højkvalitets bearbejdning, imidlertid, der mangler tilstrækkelige processer. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har udviklet en formningsteknologi til at strukturere kvartsglas som en polymer. Denne innovation er rapporteret i tidsskriftet Avancerede materialer .

"Det har altid været en stor udfordring at kombinere højrent kvartsglas og dets fremragende egenskaber med en enkel struktureringsteknologi, " siger Dr. Bastian E. Rapp, Leder af NeptunLab tværfaglig forskergruppe for KIT's Institute of Microstructure Technology (IMT). Rapp og hans team udvikler nye processer til industriel glasforarbejdning. "I stedet for at opvarme glas op til 800 grader C til dannelse eller strukturering af dele af glasblokke ved laserbehandling eller ætsning, vi starter med de mindste glaspartikler, " siger maskiningeniøren. Forskerne blander glaspartikler på 40 nanometer i størrelse med en flydende polymer, form blandingen som en svampekage, og hærder det til et fast stof ved opvarmning eller lyseksponering. Det resulterende faste stof består af glaspartikler i en matrix i et forhold på 60 til 40 vol%. Polymererne virker som et bindemiddel, der bevarer glaspartiklerne på de rigtige steder og, derfor, bevarer formen.

Denne "Glassomer" kan fræses, vendte, laserbearbejdet eller forarbejdet i CNC-maskiner ligesom en konventionel polymer. "Hele rækken af ​​polymerdannende teknologier er nu åbnet for glas, "Understreger Rapp. Til fremstilling af højtydende objektiver, der blandt andet bruges i smartphones, forskerne producerer en Glassomer -stang, hvorfra linserne skæres. Til højrent kvartsglas, polymererne i kompositten skal fjernes. For at gøre det, linserne opvarmes i en ovn ved 500 til 600 grader C, og polymeren brændes fuldstændigt til CO2. For at lukke de resulterende huller i materialet, linserne sintres ved 1300 grader C. Under denne proces, de resterende glaspartikler fortættes til porefrit glas.

Denne formningsteknologi muliggør produktion af meget rene glasmaterialer til enhver anvendelse, hvortil kun polymerer hidtil har været egnede. Dette åbner op for nye muligheder for glasforarbejdningsindustrien såvel som for den optiske industri, mikroelektronik, bioteknologi, og medicinsk teknik. "Vores proces er velegnet til masseproduktion. Produktion og brug af kvartsglas er meget billigere, mere bæredygtig, og mere energieffektive end en speciel polymer, "Rapp forklarer.

Dette er den tredje innovation til behandling af kvartsglas, der er udviklet af NeptunLab på basis af en flydende glas-polymerblanding. I 2016 det er allerede lykkedes forskerne at bruge denne blanding til støbning. I 2017 de påførte blandingen til 3-D-tryk og demonstrerede dens egnethed til additiv fremstilling. Inden for rammerne af "NanomatFutur"-konkurrencen for tidlige forskere, holdet blev finansieret med EUR 2,8 millioner af Forbundsministeriet for Uddannelse og Forskning fra 2014 til 2018. En spinoff planlægger nu at kommercialisere Glassomer.