Glas maakt al duizenden jaren deel uit van de samenleving, dus het is gemakkelijk voor dit materiaal om onzichtbaar en over het hoofd te worden gezien, maar een materiaalwetenschapper uit Penn State heeft een plan opgesteld om het glasgenoom in kaart te brengen en de toekomst van glas vooruit te helpen.

De inspanning maakt deel uit van het Materials Genome Initiative, die probeert de snelheid van het ontwikkelen van nieuwe materialen te verdubbelen.

John Mauro, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan Penn State, bouwt een reeks voorspellende modelleringstools die kennis uit de glasfysica en -chemie combineren, de bouwstenen en eigenschappen van glas in kaart brengen, net als pogingen om het menselijk genoom te begrijpen. Zijn team bouwt al aan een sterke basis voor het begrijpen van glassamenstelling, structuur en eigendomsverhoudingen in industrieel relevante systemen. Hij rapporteert zijn resultaten in een recent nummer van: Huidige opinie in vaste-stof- en materiaalwetenschap .

"Het idee van het decoderen van het glasgenoom is dat we al deze verschillende modelleringsbenaderingen omarmen, van basisfysica tot empirische modellering en machine learning, "Zei Mauro. "Door al deze tools te combineren, we kunnen de beste modellen verkrijgen voor alle glaseigenschappen waar we om geven. Dan kunnen we deze nieuwe kennis gebruiken om de huidige composities te verbeteren, evenals het betreden van nieuwe compositieruimten."

Een gebied dat Mauro wil versterken, is de samenwerking tussen de glaschemie- en glasfysica-gemeenschappen. Hij heeft carrière gemaakt door deze twee gebieden te combineren en zei dat de wisselwerking tussen scheikunde en natuurkunde de sleutel zal zijn tot een beter begrip van glas.

Het concept van op machines gebaseerde leermodellen om materiaalonderzoek te bevorderen, waar geavanceerde computers schijnbaar talloze variabelen en combinaties analyseren om te zoeken naar nieuwe eigenschappen en toepassingen, bestaat al vele jaren. Maar de laatste tijd is het een drijvende kracht geworden vanwege de steeds groter wordende rekenkracht.

Mauro zei dat uitvinders er traditioneel naar kijken om glas aan te passen aan specifieke eigenschappen. Bijvoorbeeld, Corning's Gorilla-glas, die Mauro hielp ontwerpen, extra sterkte aan een dunne laag transparant glas. Echter, de genoombenadering zal uitvinders in staat stellen om anders te denken, omdat het de talloze potentiële eigenschappen die beschikbaar zijn via glasformuleringen zal benadrukken. Glassamenstellingen kunnen vervolgens worden bewerkt tot unieke materialen om te voldoen aan strenge eisen voor toekomstige toepassingen.

"Dat is heel wat anders dan proberen een glas te ontwerpen dat slechts één specifieke set eigenschappen nodig heeft, omdat deze doeleigenschappen vaak veranderen, "Zei Mauro. "Met de genoombenadering, hoe het doel ook verandert, je kunt iets bedenken om aan die eisen te voldoen."

Een lijst afvinken van gebieden waar glas nog steeds toonaangevend is:energieopwekking en -opslag, efficiëntere gebouwen, biomedische componenten, levering en communicatie van nanomedische geneesmiddelen, en informatieweergavetechnologie - het is gemakkelijk in te zien hoe belangrijk het is om alle mogelijke eigenschappen van glas te begrijpen.

"Sommige mensen denken dat glas een ouderwets materiaal is omdat het al duizenden jaren wordt gebruikt. ' zei Mauro. 'Bijvoorbeeld, wij nemen glazen ramen als vanzelfsprekend aan, toch is er veel geavanceerde chemie, natuurkunde en technische technologie die gebruikt wordt bij de vervaardiging van gewoon vensterglas. Als we de volgende generatie glasproducten willen ontwikkelen, we moeten een heel diep begrip van glas ontwikkelen."