El vidrio moldeado como el plástico podría abrir una nueva era de formas complejas Ciencia

La producción de vidrio, uno de los materiales humanos más antiguos, está experimentando una transformación en el siglo XXI. Un nuevo enfoque para la fabricación de vidrio trata materiales como los plásticos, lo que permite a los científicos inyectar viales de polen de molde, canales sinuosos para realizar la química de laboratorio y otras formas complejas.

«Es un trabajo de investigación realmente interesante», dice André Studart, científico de materiales en ETH Zürich. «Esta es una excelente manera de dar forma al vidrio en formas geométricas intrincadas e interesantes».

El vidrio se produjo por primera vez en Egipto y el este de Mesopotamia alrededor del 3500 a.C. Luego, como ahora, el material se fabricó fundiendo dióxido de silicio, o sílice, a aproximadamente 2000 ° C, y luego utilizando una variedad de técnicas para darle forma. Las técnicas modernas de fabricación de vidrio pueden producir fácilmente ciertas formas, como cristales de ventana planos y botellas redondas, pero no pueden producir los diseños complejos necesarios para los dispositivos biomédicos modernos.

En 2017, los investigadores dirigidos por Frederick Kotz, un ingeniero de microsistemas de la Universidad Albert Ludwig en Friburgo, se propusieron cambiar eso. Reelaboraron una impresora 3D para dar forma al vidrio en lugar de imprimir plástico o metal.

Los científicos han creado un polvo imprimible mezclando nanopartículas de sílice con un polímero que se puede tratar con luz ultravioleta. Después de imprimir las formas que querían, curaron el polímero con luz ultravioleta para que mantuviera su forma. Luego encendieron la mezcla en un horno para quemar el polímero e incorporar las partículas de sílice en una estructura vítrea continua.

Este enfoque funcionó, haciendo posible la elaboración de figuras como pequeños pasteles y puertas de castillo de imitación. El trabajo ha ganado el interés de empresas que quieren construir microlentes y otros componentes ópticos transparentes complejos para equipos de comunicaciones. Pero el procedimiento fue lento, y los componentes se expulsaron uno por uno, en lugar de un enfoque completamente industrial que podría producir piezas en masa, como es el caso de los plásticos.

Para acelerar las cosas, Kotz y sus colegas ampliaron su enfoque de nanocomposites para trabajar con moldeo por inyección, un proceso utilizado para producir en masa piezas de plástico como juguetes y parachoques de automóviles. Los investigadores están comenzando de nuevo con pequeñas moléculas de sílice. Luego, el equipo mezcló la sílice con un polímero, polietilenglicol (PEG) y polivinil butiral (PVB). La mezcla está hecha de un polvo seco con la consistencia de una pasta de dientes. El equipo insertó la masa en una extrusora y la presionó en un molde preformado con formas como un disco o un engranaje pequeño.

Fuera de la plantilla, las partes mantienen su forma porque se forman innumerables enlaces débiles y atractivos, llamados interacciones de van der Waals, entre moléculas de sílice vecinas. Pero las partes aún son frágiles.

Para fortalecerlos, los investigadores usaron agua para lavar el PEG. Luego, quemaron el residuo en dos etapas: primero a 600 ° C para quemar PVB, y segundo a 1300 ° C para incorporar partículas de sílice en la pieza final.

«Lo que obtienes al final es un vidrio de sílice de alta pureza», VS Cualquier forma que quierasDice Kotz. Los paneles de vidrio también terminan con las propiedades ópticas y químicas necesarias para los equipos comerciales de telecomunicaciones y los reactores químicos, como él y sus colegas informan hoy en Ciencia.

Esto es beneficioso, dice Stoddart, porque la transparencia, la inercia química y la estabilidad del vidrio a altas temperaturas lo hacen ideal para diagnósticos, envasado de medicamentos e incluso superficies resistentes que mejoran la eficiencia de las células solares. «Pensar [the method] Dará rienda suelta a muchas ideas nuevas «.

Sin embargo, Stoddart dice que este nuevo enfoque para la producción masiva de paneles de vidrio todavía enfrenta un cuello de botella: el PEG debe lavarse lentamente, durante un período de días, para garantizar que los paneles de vidrio no se rompan. A esta velocidad, dice, el moldeo por inyección podría volverse tan común como lo es con el plástico.