Мы каждый день «сталкиваемся» со стеклом: начиная от окон в квартире, заканчивая экраном на смартфоне. В каждом из этих случаев требуется один и тот же материал, но обладать он может разной степенью надежности, плотности и составом.
Удивительно, но совершая космические путешествия, человечество до недавнего времени никак не могло добиться того, чтобы защитные стекла на наших смартфонах не покрывались предательской сеточкой после очередного падения. Решением этой задачи стала температура. Об этом на вечере IQOS, посвященном роли температуры, рассказал ведущий инженер Международного центра лазерных технологий Георгий Шахгильдян.
В этой статье мы расскажем, как с помощью температуры стекло делают прочным и когда наконец мы сможем ронять наши девайсы, не боясь за их сохранность.
Как делают обычное стекло?
Основой стекла является один из самых распространенных материалов в мире: кварцевый песок. Для того, чтобы он принял нужный вид, его сначала плавят в специальной печи при критических температурах до жидкого состояния. Во время этого этапа песчинки слипаются между собой. Затем смесь резко охлаждают путем добавления карбоната натрия (соды) и известняка, но частички не успевают вернуться в первоначальное состояние и так и остаются слипшимися.
В зависимости от назначения в эту смесь добавляют другие химические вещества: оксид свинца – для блеска декоративных стекол или оксид магния или алюминия – для стойкости.
Из получившейся смеси удаляют газовые пузырьки и заливают в нужную форму. Работа температуры еще не окончена. Стеклу дают остыть, а затем снова подвергают тепловой обработке для большей прочности. Этот процесс называется отжигом.
На финальном этапе на стекло наносят различные покрытия, ламинируют или обрабатывают его, придавая дополнительную прочность.
Почему стекло на смартфоне легче разбить через несколько месяцев использования
Чаще всего наши смартфоны покрывают стеклами Gorilla Glass компании Corning. Особенность их производства по сравнению с обычными стеклами кроется в ионном обмене.
После первого этапа производства стекло содержит ионы натрия. Чтобы разрушить их связь со стеклом и тем самым повысить прочность материала, сырье купают в горячей соляной ванне с калием. Под воздействием температуры в 400°С связи натрия разрушаются, а его заменяет калий – его атомы больше, поэтому стекло начинает испытывать давление. Оно создает защитный слой стекла и дает ему преимущество среди других.
Со временем на стекле накапливаются дефекты и оно бьется. Именно поэтому при падении с одинакового расстояния стекло скорее разобьется через год эксплуатации, чем через пару недель после покупки.
Можно ли изобрести небьющееся стекло
Удивительно, какой невероятный тандем образует обычный песок и температура. Именно воздействие первого на второе вдохновило ученых РХТУ им. Менделеева применить в электронных девайсах один из самых прочный материалов на основе стекла – ситалл. Отличие ситалла от стекла – большое количество нанокристаллов, к образованию которых приводит нагревание. Только представьте, из одного и того же материала можно создать разные материалы, просто меняя температуру.
Попытки применить ситалл для покрытия дисплеев девайсов предпринимаются уже не первый год, однако для изготовления небьющегося стекла нужен совершенно новый технологический подход. Как раз над ним сейчас и трудятся учёные РХТУ в лабораториях компании LG CHEM.
Как температура превращает дым в пар
Иногда для необходимого результата температуру стоит, наоборот, понизить. Например, как это сделали ученые компании «Филип Моррис Интернэшнл» (ФМИ) при создании инновационного продукта IQOS. IQOS (Айкос) – это система нагревания табака, основанная на технологии HeatControl™.
С помощью специального нагревательного элемента технология HeatControl™ контролирует нагрев табака, не позволяя ему подниматься выше 350°С. Этот уровень температуры выбран не случайно: его хватает, чтобы раскрыть вкус и аромат табака для пользователя, но недостаточно, чтобы табак загорелся. Согласно исследованиям, именно продукты горения, а не никотин несут главные риски для организма. В сигаретном дыме при затяжке образуется более 6000 веществ, 1% из которых могут провоцировать возникновение болезней, связанных с курением. Это 58 токсичных компонентов, которые входят в списки вредных веществ Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и Министерство здравоохранения Канады.
Ученые ФМИ строго следят за образованием этих веществ и работают над тем, чтобы исключить их полностью. Многое уже получилось: при сравнении сигаретного дыма с паром от использовании IQOS выяснилось, что количество вредных компонентов из списка сократилось в паре на 95%. Хоть Айкос не может полностью исключить риски, полный переход на систему нагревания – это меньший риск для здоровья, чем продолжение курения сигарет.
В образовании пара есть еще несколько плюсов, которые курильщики со стажем оценят по достоинству: он выветривается быстрее, чем сигаретный дым. Поэтому после использования IQOS запаха на одежде и в помещении или в салоне автомобиля не остается. Заботясь о себе, вы заботитесь и о комфорте тех, кто находится рядом.
Вывод
Сегодня мы узнали, как производится стекло – один из самых распространенных материалов на планете. В процессе его производства не последнюю роль играет температура: она способна создавать из одного и того же сырья разные по свойствам материалы.
Мы не можем обходиться без тепла и контролируем его каждый день: когда надеваем куртку потеплее или завариваем себе кофе с утра. Кроме как в бытовых мелочах, температура вовсю используется в производстве. Ее повышение или понижение способно менять свойство материала, делать его менее хрупким или более безопасным. Кто знает, сколько еще возможностей нам откроет контроль за градусами?
Источник: https://scienceandtech.ru/articles/kak-teplo-pomozhet-nam-ne-razbivat-smartfony/
