Стекла скоро нельзя будет разбить

Возможно ли, например, создать такое окно, стекла которого, при попадании в них футбольного мяча, не разобьются, а просто спружинят и вытолкнут этот самый мяч обратно во двор? Ученые утверждают, что это вполне возможно — нужно просто сделать в твердом стекле мягкие зоны, которые смогут по-другому распределять по поверхности нагрузку извне.

Стекло является замечательным изобретением человечества, однако у этого материала есть один серьезный недостаток — оно очень хрупкое. Нет, конечно же, можно повысить прочность стекла, добавив в него различные компоненты, однако это не изменит данного свойства: пуленепробиваемое стекло все равно не выдержит удара, например, артиллерийского снаряда. А все потому, что этот материал не обладает должной пластичностью и гибкостью — это и приводит к его деформации при различных нагрузках.

Но можно ли сделать стекло более пластичным, не изменив при этом других его полезных свойств? Возможно ли, например, создать такое окно, стекла которого, например, при попадании в них футбольного мяча, не разобьются, а просто спружинят и вытолкнут этот самый мяч обратно во двор? Ученые из Университета Макгилла (Канада), которыми руководит профессор Франсуа Бартело, считают, что такое вполне возможно. Для этого нужно просто… поцарапать стекло в определенных местах.

Такая идея пришла исследователям в голову тогда, когда они изучали структуру раковин различных моллюсков, которые тоже состоят из твердых и хрупких минералов. Следует заметить, что хоть представители этой группы животных могут сильно отличаться друг от друга, принцип строения их раковины один и тот же. И ее прочность, как и таковая костей человека, обусловлена присутствием в массе твердого материала фрагментов более мягких компонентов, по которым энергия деформации распространяется вглубь раковины, распределяя нагрузку по значительной поверхности. Стекло же формируется совсем по другому принципу: его прочность обеспечивается количеством слоев, которые распределяют нагрузку по большой площади поверхности, но при этом не «уводят» ее вглубь.

Ученые из Университета Макгилла решили применить открытый ими «принцип раковины» к обычному стеклу. Для этого они при помощи лазера выжгли в нем волнообразные дорожки из крохотных дырочек, а затем наполнили эти «дорожки» полиуретаном. Разумеется, эти «поцарапанные» места треснули, однако после этого стекло не распалось, поскольку, как и предсказывали исследователи, мягкие компоненты соединяли его вместе. Более того, передача усилия от одной точки по всему материалу улучшилась: она стала примерно такой же, как и в раковинах моллюсков.

Дальнейшие эксперименты показали, что такое «поцарапанное» стекло куда лучше сопротивлялось различной деформации. Например, обычное стекло разрушается после удлинения буквально на 0,1 процента, а вот его новый «бионический» собрат мог без особых проблем пережить удлинение примерно на пять процентов! Согласно оценкам ученых, общая прочность этого материала в 200 раз выше, чем у стандартного стекла, которое используют для производства окон.

Кроме того, нужно учитывать, что продемонстрированный учеными образец — это всего лишь первая «ласточка». Однако получен материал, готовый к практическому внедрению. В дальнейшем же следует ожидать появления композитов на основе стекла с еще более выдающимися характеристиками. И, судя по всему, долго ждать не придется, поскольку, по словам доктора Бартело, «…метод производства данного материала весьма экономичен. Все, что вам нужно, — это импульсный лазерный луч, сфокусированный в заранее заданных точках. Наша трехмерная техника лазерной гравировки может быть легко масштабирована и использована для больших и толстых компонентов любой формы»

Таким образом, можно ожидать, что подобные стекла достаточно быстро займут свое место на рынке и, более того, в некоторых отраслях они смогут достаточно быстро вытеснить традиционные, поскольку их цена будет незначительно выше. Но где можно применять такие «резиновые» стекла? Во-первых (и это самое перспективное направление), в экранах смартфонов, планшетов и других мобильных устройств, которые, согласно статистике, в основном выходят из строя из-за деформации стекла при падении или еще какой-нибудь неожиданной нагрузке на экран. Во-вторых, на основе этих материалов можно будет разработать принципиально новую концепцию пуленепробиваемых покрытий: не нужно будет увеличивать толщину стекла или добавлять в него компоненты, ухудшающие оптические свойства материала. Ну и, наконец, такое стекло может пригодиться при производстве очков, биноклей и других оптических приборов.

Кстати, если уж речь зашла об очках, то сразу возникает закономерный вопрос — влияют ли подобные модификации стекла на его оптические свойства? Серия экспериментов, проведенных группой профессора Бартело, показала, что нет — дело в том, что улучшающие прочность «царапины» весьма и весьма малы, их размеры сопоставимы с таковыми микротрещин, которые постоянно возникают на любом стекле. А их человеческий глаз просто не замечает, и все производимые ими оптические эффекты — тоже.