エンジニアたちは、建物やガジェットの可能性を追求する中で、ガラスの特性を微調整する新たな方法も次々と発見しています。通常、ガラスは鉱物を高温で加熱し、その後冷却することで製造されますが、高層ビルの壁を輝かせたり、スマートフォンやタブレットの画面を覆ったりするガラスの多くは、金属を添加することで素材を強化する特殊な製造工程を経て作られています。先月Scientific Reports誌に掲載された研究によると、日本の研究チームが斬新な製造方法を用いて、ガラスにアルミニウムを添加する方法を発見しました。
超高強度ガラスの製造を目指して、研究者たちは長年、地球上で最も強力な化学結合を持つアルミニウムの酸化物であるアルミナに注目してきました。ガラスにアルミナを加えることで、新素材は超高強度になるだろうと研究者たちは仮説を立てました。しかし、最初の試みでは、その実現は困難を極めました。アルミナをガラスに混ぜると、容器の表面に二酸化ケイ素の濁った結晶が形成され、ガラスはもはや透明ではなくなってしまいました。
しかし、今回の新たな研究で、研究者たちは容器を完全に取り除くことで、その問題を回避する方法を発見しました。彼らは「空気浮上」と呼ばれる製造方法を開発したのです。まるで手品師のトリックのように聞こえるかもしれませんが、実際のプロセスは驚くほど素晴らしいものです。ガラスとアルミナの混合物は、形成される際に空気中に保持され、その間、混合物と容器の表面の間に酸素ガスが送り込まれます。次に、レーザーがヘラのように作用し、冷却しながら混ぜ合わせます。こうして得られた材料は、これまでのどのガラスよりも多くのアルミナを含み、研究者たちはそれが透明で反射性があることを発見しました。最も重要なのは、実験によってこのガラスが非常に硬いことが示されたことです。Phys.orgによると、他の酸化ガラスやほとんどの金属よりも硬く、鋼鉄とほぼ同等の硬さだそうです。
研究者たちは、空気浮上によって、様々な超高強度ガラスの製造が可能になることを期待しています。しかし現時点では、空気浮上は比較的少量生産にしか対応していないため、ガラスの生産規模を拡大する方法を模索しているところです。もしそれが実現すれば、超高強度ガラスは建物やガジェットに利用されるようになり、携帯電話の画面が割れるといったことは過去のものとなるかもしれません。
