珍珠层,一种彩虹色的材料在一些贝壳上画线,从其结构中获得强度和韧性:由粘稠蛋白质粘合成层的易碎矿物碎片。现在,研究人员利用同样的原理开发了一种超强玻璃复合材料,有朝一日,这种复合材料可以制造几乎牢不可破的智能手机屏幕、挡风玻璃和其他目前依赖各种处理过的玻璃的物品。

这种新材料将厚度不到百分之一毫米的刚性玻璃片与柔性丙烯酸结合在一起。麦吉尔大学生物工程师、一篇新论文的合著者艾伦·埃利彻说:“当我们将这两种成分结合在一起时,就像珍珠层一样,我们可以回收这两种成分中最好的部分。”描述复合材料,最近发表于科学.

玻璃和丙烯酸本身都是透明的,但是光通过每种材料传播以不同的速度。因此,以前试图将它们结合起来的尝试结果过于不透明。因此,研究人员将少量碳氢化合物与丙烯酸混合,直到它与光发生更像玻璃的相互作用。

结果不仅是透明的,Ehrlicher说,而且比汽车挡风玻璃所用的材料(夹在两层玻璃之间的树脂)强度高400%,抗损伤能力高650%。此外,新物质可以用标准工具切割和钻孔。Ehrlicher比较了丙烯酸树脂将玻璃薄片粘合成堆叠结构和交错层的砖墙的方式:任何穿过新材料的裂缝都将沿着丙烯酸树脂接缝以迂回的路径行进,因此需要更多的能量来断裂。他解释说:“通过强迫它通过一条很长的路径,来突破很多这种连接材料——很多这种‘砂浆’,通过类比,我们创造了一种非常非常坚韧的材料。”。

为了构建这些层,研究人员只需在离心机中旋转它们的成分。康奈尔大学材料科学家劳拉·埃斯特洛夫(Lara Estroff)没有参与这项研究,她说,这种简单性意味着“你可以在比许多(其他)人造珍珠层更大的规模上完成这项工作。”。这种易于制造的方式最终可以实现多种应用。Saxon玻璃技术公司总裁Arun Varshneya指出,这种材料仍然不如玻璃透明,更容易出现表面划痕。尽管如此,他说,“我实际上非常热衷于这项朝着正确方向的英勇努力。”Varshneya也没有参与这项研究,他称赞这种复合材料在整个材料中的强度,与化学强化玻璃相比用于智能手机屏幕等项目(其中硬化仅限于薄表面层)。

埃利歇尔说,他希望继续提高这种新材料的透明度和抗划伤性,同时保持其卓越的韧性。“不可避免地,这是透明度与强度、强度与刚性或断裂与刚性工作之间的权衡,”他说。“我们在这里创造的是所有这些中最好的平衡点。”