Από τη στερέωση των οστών μέχρι την κατασκευή αντιβακτηριακών επιφανειών, Μιχάλης Άλεν συνομιλεί με τους ερευνητές κατασκευάζοντας γυαλί που έχει πρόσθετη λειτουργικότητα και απόδοση
Το γυαλί είναι πανταχού παρόν στην καθημερινή ζωή. Όντας εξαιρετικά διαφανές, σταθερό και ανθεκτικό, είναι ένα σημαντικό υλικό για μυριάδες εφαρμογές, από απλά παράθυρα έως οθόνες αφής στα πιο πρόσφατα gadget μας έως φωτονικά εξαρτήματα για αισθητήρες υψηλής τεχνολογίας.
Τα πιο συνηθισμένα ποτήρια είναι κατασκευασμένα από πυρίτιο, ασβέστη και σόδα. Αλλά για αιώνες πρόσθετα συστατικά προστέθηκαν στο γυαλί για να προσδώσουν ιδιότητες όπως χρώμα και αντοχή στη θερμότητα. Και οι ερευνητές εξακολουθούν να εργάζονται για το γυαλί, επιδιώκοντας να του δώσουν περαιτέρω λειτουργικότητα και να βελτιώσουν την απόδοσή του για συγκεκριμένες εργασίες, δημιουργώντας ολοένα και πιο υψηλής τεχνολογίας γυαλί και αυτό που θα μπορούσε να αναφέρεται ως «έξυπνο» γυαλί.
Τα έξυπνα υλικά δεν είναι εύκολο να προσδιοριστούν, αλλά σε γενικές γραμμές είναι σχεδιασμένα να ανταποκρίνονται με συγκεκριμένο τρόπο σε εξωτερικά ερεθίσματα. Όσον αφορά το γυαλί, η πιο προφανής «έξυπνη» εφαρμογή είναι για παράθυρα – συγκεκριμένα, ο έλεγχος της ποσότητας φωτός που περνά μέσα από το τζάμι. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να ενισχύσουμε την ενεργειακή απόδοση οποιουδήποτε κτιρίου: μειώνοντας τη ζέστη το καλοκαίρι, διατηρώντας το ζεστό σε πιο κρύο καιρό.
Τάση παραθύρου
Το χρώμα ή η αδιαφάνεια κάποιου έξυπνου γυαλιού μπορεί να αλλάξει με την εφαρμογή τάσης στο υλικό, μεταβάλλοντας έτσι ορισμένες οπτικές ιδιότητες – όπως η απορρόφηση και η ανάκλαση – με τρόπο αναστρέψιμο. Τέτοια «ηλεκτροχρωμικά» έξυπνα παράθυρα μπορούν να ελέγχουν τη μετάδοση ορισμένων συχνοτήτων φωτός, όπως το υπεριώδες ή το υπέρυθρο, κατά παραγγελία, ή ακόμα και να τα μπλοκάρουν εντελώς. Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας είναι δημοφιλής όχι μόνο σε κτίρια, αλλά και σε ηλεκτρονικές οθόνες και φιμέ τζάμια αυτοκινήτων.
Πράγματι, τα ηλεκτροχρωμικά παράθυρα είναι μπροστά από άλλες τεχνολογίες στον τομέα αυτό και έχουν ήδη κυκλοφορήσει στο εμπόριο. Όμως, παρά το γεγονός ότι λειτουργούν καλά, έχουν κάποια προφανή μειονεκτήματα. Είναι αρκετά περίπλοκα και ακριβά και η μετασκευή τους σε παλαιότερα κτίρια απαιτεί γενικά την εγκατάσταση νέων παραθύρων, κουφωμάτων και ηλεκτρικών συνδέσεων. Δεν είναι επίσης αυτόματα – πρέπει να τα ενεργοποιείτε και να τα απενεργοποιείτε.
Για να αντιμετωπίσουν ορισμένα από αυτά τα ζητήματα, οι ερευνητές εργάστηκαν σε θερμοχρωμικά παράθυρα, τα οποία ενεργοποιούνται από αλλαγές στη θερμοκρασία αντί της τάσης. Ένα μεγάλο αξιοθέατο είναι ότι είναι παθητικά – μόλις εγκατασταθούν, οι ιδιότητές τους αλλάζουν ανάλογα με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, χωρίς να απαιτείται ανθρώπινη συνεισφορά. Η κυρίαρχη μέθοδος για τη δημιουργία τέτοιων θερμοχρωμικών παραθύρων είναι η εφαρμογή μιας επικάλυψης διοξειδίου του βαναδίου στο γυαλί (Μονάδα ενέργειας ή έργου 10.1016/j.joule.2018.06.018), αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλα υλικά όπως περοβσκίτες (J. App. Ενέργεια 254 113690). Αυτά τα υλικά υφίστανται μια μετάβαση φάσης, καθιστώντας περισσότερο ή λιγότερο διαφανή καθώς αλλάζει η θερμοκρασία, ένα αποτέλεσμα που μπορεί να ρυθμιστεί για διαφορετικές συνθήκες.
Ενώ το διοξείδιο του βαναδίου είναι πολλά υποσχόμενο για τα έξυπνα παράθυρα, υπάρχουν εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν. Λόγω της ισχυρής του απορρόφησης, το διοξείδιο του βαναδίου παράγει μια δυσάρεστη καστανοκίτρινη απόχρωση και απαιτείται περαιτέρω εργασία για την περιβαλλοντική σταθερότητα (Adv. Manuf. 6 1). Μια πρόσφατη ανασκόπηση υποδηλώνει επίσης ότι αν και αυτές οι τεχνολογίες θα μπορούσαν να προσφέρουν σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας, χρειάζεται περισσότερη έρευνα σχετικά με τη χρήση και τον αντίκτυπό τους σε πραγματικές συνθήκες. Για παράδειγμα, η ενεργειακή απόδοση των θερμοχρωμικών παραθύρων έχει βρεθεί ότι ποικίλλει πολύ μεταξύ διαφορετικών πόλεων που χρησιμοποιούν τον ίδιο τύπο φιλμ, αλλά πολύ λιγότερο μεταξύ διαφορετικών τύπων φιλμ που χρησιμοποιούνται στην ίδια πόλη (J. App. Ενέργεια 255 113522).
Αλλά τα τζάμια υψηλής τεχνολογίας δεν τελειώνουν με τα έξυπνα παράθυρα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι εάν προσθέσουν περισσότερα ασυνήθιστα μέταλλα στο γυαλί, μπορεί να βοηθήσει στην προστασία των ηλιακών συλλεκτών και να τα κάνει πιο αποτελεσματικά (βλ. πλαίσιο: Βελτίωση φωτοβολταϊκού γυαλιού κάλυψης). Το βιοενεργό γυαλί, εν τω μεταξύ, μπορεί να μας βοηθήσει να αναγεννήσουμε τα οστά και άλλους ιστούς (βλ. πλαίσιο: Στερέωση οστών και άλλου ιστού), ενώ οι νέες διαδικασίες χάραξης θα μπορούσαν να μας επιτρέψουν να προσθέσουμε πολλαπλές λειτουργίες στο γυαλί χωρίς την ανάγκη επιφανειακών επικαλύψεων (βλ. πλαίσιο: Αντιανακλαστικό , αυτοκαθαριζόμενο και αντιβακτηριδιακό). Και παρόλο που δεν είναι παραδοσιακά οπτικά γυαλιά, τα νέα υλικά αλλαγής φάσης θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία ελαφρύτερων και πιο συμπαγών οπτικών συστημάτων (βλ. πλαίσιο: Μη μηχανικός έλεγχος φωτός). Τέλος, το γυαλί μπορεί μια μέρα να μπορέσει να αυτοθεραπευθεί (βλέπε πλαίσιο: Αθάνατο ποτήρι).
Βελτίωση φωτοβολταϊκού υαλοπίνακα
Μπορεί να φαίνεται περίεργο, αλλά δεν είναι όλο το φως του ήλιου καλό για τα ηλιακά κύτταρα. Ενώ οι φωτοβολταϊκές μονάδες μετατρέπουν το υπέρυθρο και το ορατό φως σε ηλεκτρική ενέργεια, το υπεριώδες φως (UV) τις καταστρέφει. Ακριβώς όπως μια περίπτωση ηλιακού εγκαύματος, το υπεριώδες φως επηρεάζει αρνητικά τα πολυμερή με βάση τον άνθρακα που χρησιμοποιούνται στα οργανικά φωτοβολταϊκά κύτταρα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η βλάβη από το υπεριώδες φως κάνει το στρώμα του οργανικού ημιαγωγού πιο ηλεκτρικά ανθεκτικό, μειώνοντας τη ροή του ρεύματος και τη συνολική απόδοση του κυττάρου.
Αυτό το ζήτημα δεν περιορίζεται στα οργανικά κύτταρα. Το υπεριώδες φως εμποδίζει επίσης τα πιο κοινά φωτοβολταϊκά με βάση το πυρίτιο, τα οποία αποτελούνται από μια στοίβα διαφορετικών υλικών. Το φωτοενεργό στρώμα με βάση το πυρίτιο τοποθετείται ανάμεσα σε πολυμερή που το προστατεύουν από την είσοδο νερού και στη συνέχεια αυτή η μονάδα καλύπτεται με ένα γυάλινο κάλυμμα, το οποίο την προστατεύει περαιτέρω από τα στοιχεία, ενώ επιτρέπει στο φως του ήλιου να περάσει. Το πρόβλημα με το υπεριώδες φως είναι ότι καταστρέφει τα πολυμερή, επιτρέποντας στο νερό να διεισδύσει και να διαβρώσει τα ηλεκτρόδια.
Paul Bingham, ειδικός στο γυαλί στο Πανεπιστήμιο Sheffield Hallam, UK, εξηγεί ότι για να βελτιωθεί η απόδοση του ηλιακού πάνελ «η κύρια κατεύθυνση του ταξιδιού τις τελευταίες δεκαετίες ήταν να γίνει το γυαλί πιο καθαρό και πιο καθαρό». Αυτό σημαίνει αφαίρεση χημικών ουσιών που χρωματίζουν το γυαλί, όπως ο σίδηρος, που παράγει μια πράσινη απόχρωση. Δυστυχώς, όπως εξηγεί ο Bingham, αυτό αφήνει περισσότερο υπεριώδες φως να περάσει, καταστρέφοντας περαιτέρω το πολυμερές.
Ο Bingham και οι συνάδελφοί του πήγαν λοιπόν προς την άλλη κατεύθυνση – έκαναν χημικά ντόπινγκ γυαλί έτσι ώστε να απορροφά το καταστροφικό υπεριώδες φως αλλά να είναι διαφανές στο χρήσιμο υπέρυθρο και ορατό φως. Ο σίδηρος εξακολουθεί να μην είναι ιδανικό πρόσθετο, καθώς απορροφά ορισμένα ορατά και υπέρυθρα μήκη κύματος, και το ίδιο ισχύει για άλλα μέταλλα μετάπτωσης πρώτης σειράς όπως το χρώμιο και το κοβάλτιο.
Αντίθετα, η ομάδα του Bingham πειραματίστηκε με μεταβατικά στοιχεία δεύτερης και τρίτης σειράς που κανονικά δεν θα προστέθηκαν στο γυαλί, όπως το νιόβιο, το ταντάλιο και το ζιρκόνιο, μαζί με άλλα μέταλλα όπως το βισμούθιο και ο κασσίτερος. Αυτά δημιουργούν ισχυρή απορρόφηση UV χωρίς ορατό χρώμα. Όταν χρησιμοποιείται στο γυαλί καλύμματος, αυτό επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των φωτοβολταϊκών και τα βοηθά να διατηρήσουν υψηλότερη απόδοση, ώστε να παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Η διαδικασία έχει επίσης ένα άλλο όφελος. «Αυτό που βρήκαμε είναι ότι πολλά από τα προσμείξεις απορροφούν φωτόνια υπεριώδους ακτινοβολίας, χάνουν λίγη ενέργεια και στη συνέχεια τα εκπέμπουν ξανά ως ορατά φωτόνια, άρα φθορισμού βασικά», λέει ο Bingham. Δημιουργούν χρήσιμα φωτόνια που μπορούν να μετατραπούν σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι ερευνητές έδειξαν ότι τέτοια γυαλιά μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση των ηλιακών μονάδων έως περίπου 8%, σε σύγκριση με το τυπικό γυαλί καλύμματος (Επαιτώ. στα Φωτοβολταϊκά 10.1002/pip.3334).
Στερέωση οστών και άλλων ιστών
Το 1969, ο βιοϊατρικός μηχανικός Larry Hench, από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, έψαχνε για ένα υλικό που θα μπορούσε να συνδεθεί με το οστό χωρίς να απορριφθεί από το ανθρώπινο σώμα. Ενώ εργαζόταν σε μια πρόταση για τη Διοίκηση Ιατρικής Έρευνας και Σχεδιασμού του Στρατού των ΗΠΑ, ο Hench συνειδητοποίησε ότι υπήρχε ανάγκη για ένα νέο υλικό που θα μπορούσε να δημιουργήσει έναν ζωντανό δεσμό με τους ιστούς στο σώμα, χωρίς να απορριφθεί, όπως συμβαίνει συχνά με το μέταλλο και πλαστικά εμφυτεύματα. Τελικά συνέθεσε το Bioglass 45S5, μια συγκεκριμένη σύνθεση βιοδραστικού γυαλιού που είναι πλέον εμπορικό σήμα από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα.
Ένας ειδικός συνδυασμός οξειδίου του νατρίου, οξειδίου του ασβεστίου, διοξειδίου του πυριτίου και πεντοξειδίου του φωσφόρου, βιοενεργού γυαλιού χρησιμοποιείται τώρα ως ορθοπεδική θεραπεία για την αποκατάσταση των κατεστραμμένων οστών και την αποκατάσταση οστικών ελαττωμάτων. «Το βιοδραστικό γυαλί είναι ένα υλικό που βάζετε στο σώμα και αρχίζει να διαλύεται, και όπως συμβαίνει, λέει στην πραγματικότητα τα κύτταρα και τα οστά να γίνουν πιο ενεργά και να παράγουν νέο οστό», λέει. Τζούλιαν Τζόουνς, ειδικός στο υλικό, από το Imperial College London, UK.
Ο Jones εξηγεί ότι υπάρχουν δύο κύριοι λόγοι που το γυαλί λειτουργεί τόσο καλά. Πρώτον, καθώς διαλύεται σχηματίζει ένα επιφανειακό στρώμα υδροξυανθρακικού απατίτη, το οποίο είναι παρόμοιο με το ορυκτό των οστών. Αυτό σημαίνει ότι αλληλεπιδρά με το οστό και το σώμα το βλέπει ως γηγενές, και όχι ξένο, αντικείμενο. Δεύτερον, καθώς διαλύεται, το γυαλί απελευθερώνει ιόντα που δίνουν σήμα στα κύτταρα να παράγουν νέο οστό.
Κλινικά, το βιοενεργό γυαλί χρησιμοποιείται κυρίως ως σκόνη που διαμορφώνεται σε στόκο και στη συνέχεια ωθείται στο ελάττωμα του οστού, αλλά ο Τζόουνς και οι συνεργάτες του εργάζονται σε υλικά που μοιάζουν με ικρίωμα 3D για μεγαλύτερες δομικές επισκευές. Πρόκειται για ανόργανα-οργανικά υβρίδια βιοενεργού γυαλιού και πολυμερούς που αναφέρονται ως bouncy Bioglass. Η τρισδιάστατη τυπωμένη αρχιτεκτονική παρέχει καλές μηχανικές ιδιότητες, αλλά και μια δομή που ενθαρρύνει τα κύτταρα να αναπτυχθούν με τον σωστό τρόπο. Στην πραγματικότητα, ο Jones ανακάλυψε ότι αλλάζοντας το μέγεθος των πόρων του ικριώματος, τα βλαστοκύτταρα του μυελού των οστών μπορούν να ενθαρρυνθούν να αναπτυχθούν είτε οστό είτε χόνδρος. «Είχαμε τεράστια επιτυχία με τον αναπηδημένο χόνδρο Bioglass», λέει ο Jones.
Το βιοενεργό γυαλί χρησιμοποιείται επίσης για την αναγέννηση χρόνιων τραυμάτων, όπως αυτά που προκαλούνται από διαβητικά έλκη. Έρευνες έχουν δείξει ότι οι επίδεσμοι από βαμβάκι, όπως οι γυάλινοι επίδεσμοι, μπορούν να θεραπεύσουν πληγές, όπως έλκη του διαβητικού ποδιού, που δεν έχουν ανταποκριθεί σε άλλες θεραπείες (Int. Πληγή J. 19 791).
Αλλά ο Jones λέει ότι η πιο κοινή χρήση του βιοενεργού γυαλιού είναι σε ορισμένες ευαίσθητες οδοντόκρεμες, όπου προκαλεί τη φυσική ανοργανοποίηση των δοντιών. "Έχετε ευαίσθητα δόντια επειδή έχετε σωληνάρια που εισέρχονται στην κοιλότητα του νεύρου σας στο κέντρο του δοντιού, οπότε αν μεταλλοποιήσετε αυτά τα σωληνάρια δεν υπάρχει τρόπος να εισέλθετε στην κοιλότητα του πολφού", εξηγεί.
Αντιανακλαστικό, αυτοκαθαριζόμενο και αντιβακτηριδιακό
Στο University College του Λονδίνου, οι ερευνητές χάραξαν δομές νανοκλίμακας στην επιφάνεια του γυαλιού για να του δώσουν πολλές διαφορετικές λειτουργίες. Παρόμοιες τεχνικές έχουν δοκιμαστεί στο παρελθόν, αλλά έχει αποδειχθεί δύσκολο και περίπλοκο να δομηθεί η γυάλινη επιφάνεια με αρκετή λεπτομέρεια. Νανομηχανικός Ιωάννης Παπακωνσταντίνου και οι συνάδελφοί του, ωστόσο, πρόσφατα ανέπτυξαν μια νέα διαδικασία λιθογραφίας που τους επιτρέπει να κάνουν λεπτομέρεια γυαλιού με ακρίβεια νανοκλίμακας (Adv. Μητήρ. 33 2102175).
Εμπνευσμένοι από σκώρους που χρησιμοποιούν παρόμοιες δομές για οπτικό και ακουστικό καμουφλάζ, οι ερευνητές χάραξαν μια γυάλινη επιφάνεια με μια σειρά από κώνους υπομήκους κύματος, νανοκλίμακας για να μειώσουν την ανακλαστικότητά της. Διαπίστωσαν ότι αυτή η δομημένη επιφάνεια αντανακλούσε λιγότερο από το 3% του φωτός, ενώ ένα γυαλί ελέγχου αντανακλούσε περίπου το 7%. Ο Παπακωνσταντίνου εξηγεί ότι οι νανοκώνοι συμβάλλουν στη γεφύρωση των αλλαγών μεταξύ του δείκτη διάθλασης της γυάλινης επιφάνειας και αυτού του αέρα, εξομαλύνοντας τη συνήθως απότομη μετάβαση αέρα σε γυαλί. Αυτό μειώνει τη σκέδαση και επομένως την ποσότητα του φωτός που αντανακλάται από την επιφάνεια.
Η επιφάνεια είναι επίσης υπερυδρόφοβη, απωθώντας σταγονίδια νερού και λαδιών, έτσι ώστε να αναπηδούν από μαξιλάρια αέρα που έχουν παγιδευτεί στις νανοδομές. Καθώς τα σταγονίδια κυλούν, μαζεύουν ακαθαρσίες και βρωμιά, κάνοντας το γυαλί αυτοκαθαριζόμενο, όπως εξηγεί ο Παπακωνσταντίνου. Και ως τελευταίο όφελος, τα βακτήρια αγωνίζονται να επιβιώσουν στο γυαλί, με τους αιχμηρούς κώνους να τρυπούν τις κυτταρικές τους μεμβράνες. Εστιάζοντας σε Η ασθένεια του σταφυλοκοκου – τα βακτήρια που προκαλούν λοιμώξεις από σταφυλόκοκκο – Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης έδειξε ότι το 80% των βακτηρίων που εγκαθίστανται στην επιφάνεια πεθαίνουν, σε σύγκριση με περίπου 10% στο τυπικό γυαλί. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή είναι η πρώτη επίδειξη αντιβακτηριδιακής γυάλινης επιφάνειας.
Μη μηχανικός έλεγχος φωτός
Το φως γενικά ελέγχεται στα οπτικά συστήματα από κινούμενα μέρη, όπως ένας φακός που μπορεί να χειριστεί για να αλλάξει το εστιακό σημείο του φωτός ή να κατευθύνει μια δέσμη. Αλλά μια νέα κατηγορία υλικών αλλαγής φάσης (PCM) θα μπορούσε να αλλάξει τις ιδιότητες των οπτικών εξαρτημάτων χωρίς καμία μηχανική επέμβαση.
Ένα PCM μπορεί να αλλάξει από την ύπαρξη οργανωμένης κρυσταλλικής δομής σε άμορφο και γυάλινο όταν εφαρμόζεται κάποια μορφή ενέργειας, όπως ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Τέτοια υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό για την αποθήκευση δεδομένων σε οπτικούς δίσκους, με τις δύο φάσεις να αντιπροσωπεύουν τις δύο δυαδικές καταστάσεις. Αλλά αυτά τα υλικά δεν έχουν πραγματικά χρησιμοποιηθεί στην οπτική πέρα από τέτοιες εφαρμογές, επειδή μια από τις φάσεις είναι συνήθως αδιαφανής.
Πρόσφατα, ωστόσο, ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν μια νέα κατηγορία PCM με βάση τα στοιχεία γερμάνιο, αντιμόνιο, σελήνιο και τελλούριο, γνωστά ως GSST (Nature Comms 10 4279). Ανακάλυψαν ότι ενώ τόσο η υαλώδης όσο και η κρυσταλλική κατάσταση αυτών των υλικών είναι διαφανείς στο υπέρυθρο φως, έχουν πολύ διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Αυτό μπορεί να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία επαναδιαμορφώσιμων οπτικών που μπορούν να ελέγξουν το υπέρυθρο φως.
Juejun Hu, επιστήμονας υλικών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, λέει ότι αντί να έχετε μια οπτική συσκευή με μία εφαρμογή, μπορείτε να την προγραμματίσετε ώστε να έχει πολλές διαφορετικές λειτουργίες. «Θα μπορούσατε ακόμη και να αλλάξετε από έναν φακό σε ένα πλέγμα περίθλασης ή ένα πρίσμα», εξηγεί.
Οι ιδιότητες των PCM χρησιμοποιούνται καλύτερα, λέει ο Hu, δημιουργώντας οπτικά μεταϋλικά, στα οποία δομές νανοκλίμακας, υπομήκους κύματος διαμορφώνονται στην επιφάνεια και καθεμία ρυθμίζεται ώστε να αλληλεπιδρά με το φως με συγκεκριμένο τρόπο για να δημιουργήσει ένα επιθυμητό αποτέλεσμα, όπως η εστίαση μια δέσμη φωτός. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα στο υλικό, ο τρόπος με τον οποίο οι νανοδομές της επιφάνειας αλληλεπιδρούν με το φως αλλάζει καθώς αλλάζει η κατάσταση του υλικού και ο δείκτης διάθλασης.
Η ομάδα έχει ήδη αποδείξει ότι μπορεί να δημιουργήσει στοιχεία όπως φακούς ζουμ και οπτικά παντζούρια που μπορούν να απενεργοποιήσουν γρήγορα μια δέσμη φωτός. Κάθλιν Ρίτσαρντσον, ειδικός σε οπτικά υλικά και φωτονική στο Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα, ο οποίος εργάστηκε με τον Hu στα υλικά GSST, λέει ότι αυτά τα υλικά θα μπορούσαν να απλοποιήσουν και να μειώσουν το μέγεθος των αισθητήρων και άλλων οπτικών συσκευών. Θα επέτρεπαν να συνδυαστούν πολλαπλοί οπτικοί μηχανισμοί, μειώνοντας τον αριθμό των μεμονωμένων εξαρτημάτων και αφαιρώντας την ανάγκη για διάφορα μηχανικά στοιχεία. «Πολλαπλές λειτουργίες στο ίδιο εξάρτημα καθιστούν την πλατφόρμα μικρότερη, πιο συμπαγή και ελαφρύτερο», εξηγεί ο Richardson.
Αθάνατο ποτήρι
«Μπορείς να κάμψεις τους νόμους της φυσικής, αλλά δεν μπορείς να τους παραβιάσεις», λέει ο Paul Bingham, ο οποίος ειδικεύεται στα γυαλιά και τα κεραμικά στο Sheffield Hallam University, UK. «Βασικά, το γυαλί είναι ένα εύθραυστο υλικό και αν ασκήσετε αρκετή δύναμη σε ένα αρκετά μικρό μέρος του γυαλιού, τότε θα σπάσει». Ωστόσο, υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορεί να βελτιωθεί η απόδοσή τους.
Σκεφτείτε τα κινητά τηλέφωνα. Οι περισσότερες οθόνες smartphone είναι κατασκευασμένες από χημικά σκληρυμένο γυαλί, με το πιο κοινό να είναι Gorilla Glass. Αναπτύχθηκε από την Corning τη δεκαετία του 2000, αυτό το ισχυρό, ανθεκτικό στις γρατσουνιές αλλά και λεπτό γυαλί μπορεί τώρα να βρεθεί σε περίπου πέντε δισεκατομμύρια smartphone, tablet και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές. Όμως το χημικά ενισχυμένο γυαλί δεν είναι εντελώς άθραυστο. Στην πραγματικότητα, η οθόνη του τηλεφώνου του Bingham είναι σπασμένη. «Το έριξα μία φορά και μετά το έριξα ξανά και προσγειώθηκε ακριβώς στο ίδιο σημείο και τελείωσε το παιχνίδι», λέει.
Για να βελτιώσει περαιτέρω την ανθεκτικότητα των γυάλινων οθονών, ο Bingham εργάστηκε σε ένα έργο με τίτλο "Manufacturing Immortality" με επιστήμονες πολυμερών στο Πανεπιστήμιο Northumbria, με επικεφαλής τον χημικό Ο Τζέστερν Περί, οι οποίοι έχουν αναπτύξει αυτοθεραπευόμενα πολυμερή. Εάν κόψετε αυτά τα αυτοθεραπευόμενα πολυμερή στη μέση και στη συνέχεια σπρώξετε τα κομμάτια μαζί, με τον καιρό θα ενωθούν ξανά μεταξύ τους. Οι ερευνητές έχουν πειραματιστεί με την εφαρμογή επικαλύψεων τέτοιων υλικών στο γυαλί.
Εάν ασκήσετε αρκετή δύναμη, αυτές οι οθόνες θα εξακολουθήσουν να σπάσουν, αλλά εάν ρίξετε μία και σπάσετε το στρώμα πολυμερούς, θα μπορούσε να αυτοθεραπευθεί. Αυτό θα συμβεί σε συνθήκες περιβάλλοντος, θερμοκρασίας δωματίου, αν και αν τα ζεστάνετε λίγο, αφήνοντάς τα κάπου ζεστά για παράδειγμα, θα μπορούσε να επιταχύνει τη διαδικασία. «Πρόκειται για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής των προϊόντων, για να γίνουν πιο βιώσιμα και πιο ανθεκτικά», λέει ο Bingham. Και θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για πολλά προϊόντα που χρησιμοποιούν γυαλί ως προστατευτικό στρώμα, όχι μόνο για smartphone.
