Kijken door de glas-in-loodramen van de Londense Westminster Abbey kan herinneringen oproepen die net zo divers en levendig zijn als de ramen zelf, maar aan John Mauro, Penn State glasonderzoeker, de ramen leidden tot een zoektocht om de wetenschap achter de iconische portalen naar de geschiedenis beter te begrijpen.

In het januari 2018 nummer van de Tijdschrift van de American Ceramic Society , Mauro brengt verslag uit over het onderzoek van het 13e-eeuwse glas en verdrijft de mythe dat kathedraalglas aan de onderkant dikker is vanwege de viscositeit van het glas, of de langzame overgang naar een vloeistof. Terwijl dat al eerder is vastgesteld, maar Mauro, samen met drie andere onderzoekers, vastgesteld dat de wetenschap er 16 ordes van grootte naast zat.

Wat betekent dat? Het betekent dat die vensters veel sneller overgaan in een vloeistof dan eerder werd gedacht. Echter, de overgang is nog veel te traag voor een merkbaar verschil. Bijvoorbeeld, het zou nog miljarden jaren duren om de vorm van het glas op nanoschaal te veranderen.

"Het was erg leuk om direct een stedelijke legende aan te spreken die al zoveel decennia tot de verbeelding van het grote publiek spreekt, " zei Mauro, hoogleraar materiaalkunde en techniek. "Glazen materialen hebben millennia de aandacht van de mensheid getrokken, en ik hoop dat dit werk zal helpen meer aandacht te vestigen op de geavanceerde natuurkunde en scheikunde die nog steeds verborgen zijn in deze oude en prachtige materialen."

Mauro's team vond verschillende mogelijkheden voor verbetering in de wetenschap van de glasstroom in de kathedraal.

Eerst, eerdere publicaties beschouwden moderne composities van natronkalksilicaat en germaniaglas in plaats van rechtstreeks een echte middeleeuwse kathedraalglascompositie te beschouwen. Eerder werk omvatte ook geen expliciete vloeistofstroomberekeningen en was gebaseerd op metingen die tientallen jaren geleden in de voormalige Sovjet-Unie zijn uitgevoerd.

Dit werk resulteerde in een nieuwe theorie, de Mauro-Allan-Potuzak (MAP) vergelijking, waarvan de onderzoekers zeiden dat het de gedetailleerde viskeuze stroom van glas nauwkeuriger weergeeft, inclusief de samenstellingsafhankelijkheid van glasviscositeit.

Mauro, die heeft gepleit voor het veranderen van de definitie van glas, zei dat dit onderzoek hem hielp tot die conclusie te komen. Vanwege zijn unieke overgangseigenschappen, glas is aan de definitie ontsnapt, ook onder deskundigen.

"Dit onderzoek benadrukt de hybride vloeistof-vaste aard van glas, " zei Mauro. "Glas heeft een vloeistofachtige atomaire structuur en vertoont ook een viskeuze stroming als een vloeistof. Maar mechanisch reageert het als een vast materiaal, aangezien de configuratievrijheidsgraden grotendeels bevroren zijn op typische experimentele tijdschalen."

Mauro zette voor het eerst vraagtekens bij de wetenschap achter middeleeuws glas tijdens zijn studie Gorilla Glass in Corning, waar hij 18 jaar werkte aan het perfectioneren van het product dat in miljarden elektronische apparaten wordt aangetroffen. In de eerste iteratie van Gorilla Glass, onderzoekers ontdekten dat het meetbaar kromp als het ver onder de overgangstemperatuur lag.

"Dit bracht ons ertoe de viscositeit bij lage temperatuur van Gorilla Glass te meten, " zei Mauro. "We ontdekten dat de viscositeit bij kamertemperatuur van Gorilla Glass vele orden van grootte lager is dan wat eerder was gemeld voor middeleeuws kathedraalglas. Dit bracht me ertoe te twijfelen of de eerdere schattingen voor de viscositeit bij kamertemperatuur van kathedraalglas kunstmatig hoog waren."

Die vraag leidde Mauro tot dit werk dat er uiteindelijk toe leidde dat het verleden de toekomst van het glasonderzoek vorm heeft gegeven.