Zuiver kwartsglas is zeer transparant en bestand tegen thermische, fysiek, en chemische effecten. Dit zijn optimale voorwaarden voor gebruik in optica, datatechnologie of medische techniek. Voor efficiënt, hoogwaardige bewerking, echter, adequate processen ontbreken. Wetenschappers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben een vormtechnologie ontwikkeld om kwartsglas te structureren als een polymeer. Deze innovatie wordt gerapporteerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

"Het is altijd een grote uitdaging geweest om zeer zuiver kwartsglas en zijn uitstekende eigenschappen te combineren met een eenvoudige structurerende technologie, " zegt Dr. Bastian E. Rapp, Hoofd van de NeptunLab interdisciplinaire onderzoeksgroep van KIT's Institute of Microstructure Technology (IMT). Rapp en zijn team ontwikkelen nieuwe processen voor industriële glasverwerking. "In plaats van glas te verhitten tot 800 graden C voor het vormen of structureren van delen van glazen blokken door laserbewerking of etsen, we beginnen met de kleinste glasdeeltjes, ", zegt de werktuigbouwkundig ingenieur. De wetenschappers mengen glasdeeltjes van 40 nanometer groot met een vloeibaar polymeer, vorm de mix als een biscuitgebak, en verhard het tot een vaste stof door verhitting of blootstelling aan licht. De resulterende vaste stof bestaat uit glasdeeltjes in een matrix in een verhouding van 60 tot 40 vol.%. De polymeren werken als een bindmiddel dat de glasdeeltjes op de juiste plaatsen vasthoudt en, Vandaar, behoudt de vorm.

Deze "Glassomer" kan worden gefreesd, gedraaid, laser-gefreesd of verwerkt in CNC-machines, net als een conventioneel polymeer. "Het hele scala van technologieën voor het vormen van polymeren is nu geopend voor glas, " benadrukt Rapp. Voor het maken van hoogwaardige lenzen die onder meer in smartphones worden gebruikt, de wetenschappers produceren een Glassomer-staaf, waaruit de lenzen zijn gesneden. Voor zeer zuiver kwartsglas, de polymeren in het composiet moeten worden verwijderd. Om dit te doen, de lenzen worden in een oven verhit op 500 tot 600 graden C en het polymeer wordt volledig verbrand tot CO2. Om de resulterende gaten in het materiaal te dichten, de lenzen worden gesinterd bij 1300 graden C. Tijdens dit proces, de overige glasdeeltjes worden verdicht tot poriënvrij glas.

Deze vormtechnologie maakt de productie mogelijk van zeer zuivere glasmaterialen voor alle toepassingen, waarvoor tot nu toe alleen polymeren geschikt zijn. Dit biedt nieuwe kansen voor zowel de glasverwerkende industrie als de optische industrie, micro-elektronica, biotechnologie, en medische techniek. "Ons proces is geschikt voor massaproductie. De productie en het gebruik van kwartsglas is veel goedkoper, duurzamer, en energiezuiniger dan die van een speciaal polymeer, ’ legt Rap uit.

Dit is de derde innovatie voor de verwerking van kwartsglas die door NeptunLab is ontwikkeld op basis van een vloeibaar glas-polymeer mengsel. in 2016, de wetenschappers zijn er al in geslaagd om dit mengsel te gebruiken voor het gieten. in 2017, ze pasten het mengsel toe voor 3D-printen en demonstreerden de geschiktheid voor additieve productie. In het kader van de wedstrijd "NanomatFutur" voor beginnende onderzoekers, het team werd van 2014 tot 2018 met 2,8 miljoen euro gefinancierd door het federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek. Een spin-off is nu van plan om Glassomer te commercialiseren.