02/Sep/04

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¿Aluminio transparente?

Científicos estadounidenses desarrollaron una novedosa técnica para fabricar buenas cantidades de vidrio a partir del aluminio. En efecto, Anatoly Rosenflanz y sus colegas de la firma 3M en Minnesota utilizaron una técnica para alear óxido de aluminio con óxidos metálicos de tierras raras para producir vidrios resistentes y con buenas propiedades ópticas.

(Phisycs Web) El método evita muchos de los problemas encontrados en la formación convencional de vidrio y podría, dice el equipo investigador, y podría extenderse hacia otros óxidos (A Rosenflanz et al. 2004, Nature 430-761).

El cristal se forma cuando un material fundido se enfría tan rápido que sus átomos constitutivos no tienen tiempo de alinearse en una estructura ordenada. Sin embargo, es difícil hacer vidrio a partir de la mayoría de los materiales, debido a que necesitarían ser enfriados —o apagados— a velocidades de hasta diez millones de grados por segundo.

El sílice es ampliamente utilizado para hacer vidrio porque su velocidad de enfriado es mucho más lenta. Pero los investigadores querrían poder hacer vidrio a partir del óxido de aluminio, o alúmina, debido a que tiene propiedades mecánicas y ópticas superiores. La alúmina puede formar vidrio si se la combina con calcio o con óxidos de tierras raras, pero la velocidad de enfriado requerida puede ser tan alta como 1000 grados por segundo, lo que hace difícil producir grandes cantidades.

Rosenflanz y sus colegas comenzaron mezclando 80% molar de alúmina en polvo con diversos óxidos de tierras raras, incluidos lantanio, gadolinium y itrio.

Luego, pusieron los polvos en una llama de alta temperatura de hidrógeno y oxígeno, para producir partículas fundidas que a continuación se enfriaban en agua.

Los granos de vidrio resultantes, cuyo tamaño era de menos de 140 micrones de ancho, luego eran tratados con calor, o sinterizados, a unos 1000°C. Esto produjo muestras de buen tamaño en las cuales las fases nanocristalinas ricas en alúmina se dispersaron a través de una matriz vidriosa. Este nuevo método evita la necesidad de aplicar presiones de 1 Gigapascal o mayores, como se requiere en las técnicas preexistentes.

Los científicos de 3M caracterizaron los vidrios con microscopio óptico, microscopio electrónico, difracción de rayos X y análisis térmico, y probaron la fuerza de los materiales con tests de dureza y resistencia a la fractura. Y comprobaron que las muestras eran mucho más fuertes que los vidrios convencionales de sílice y casi tan duras como la alúmina policristalina pura.

Más aún, más del 95 % de los vidrios resultaron ser transparentes y tenían propiedades ópticas atractivas. Por ejemplo, los cerámicos de alúmina completamente cristalizada con óxidos de tierras raras exhibieron altos índices de refracción si los granos se mantenían por debajo de cierto tamaño.

Traducción: Laura Siri