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Investigadores brasileños han desarrollado un nuevo método para producir vidrio. Ahora, se suma Niobium, que podría cambiar el rumbo del sector tecnológico.
El vidrio de alta calidad está prácticamente en todas partes en nuestra vida diaria, desde las pantallas de los teléfonos inteligentes hasta los componentes de microscopios y telescopios para la investigación científica, pasando por las fibras ópticas para la transmisión de datos e incluso las órtesis de vitrocerámica que se utilizan cada vez más en medicina. Con un enfoque en innovar aún más, Investigadores brasileños desarrollaron una técnica que permite mejorar la estabilidad mecánica y térmica de los llamados vidrios especiales utilizando niobio.
Nuevo vidrio utiliza Niobio en su composición
Henrik Bradtmuller y otros investigadores del Centro de Investigación, Educación e Innovación en Vidrio (CERTEV), con sede en la Universidad Federal de São Carlos, demostraron, por primera vez, que el uso de óxido de niobio en la producción de vidrios a base de silicio genera una gran diferencia, resultando en la polimerización de la red de silicio, aumentando la densidad de enlaces y la conectividad del material.
Además, los niveles más altos de niobio conducen a la agrupación de óxidos, lo que aumenta la polarizabilidad electrónica del vidrio, con un impacto esencial en sus propiedades ópticas, según los investigadores.
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La calidad superior del nuevo vidrio con niobio fue atestiguada por una unión de modelos computacionales con análisis experimental, usando espectroscopía por resonancia magnética nuclear y espectroscopía Raman.
[Imagen: Henrik Bradtmulle]
Según Bradtmuller, la estrategia de los investigadores, que combina estas dos técnicas de observación en el nuevo vidrio con el modelado computacional, podría usarse para estudiar elementos funcionales de varios otros tipos de vidrio, incluidos materiales ópticos, conductores vítreos de iones rápidos, vidrios bioactivos.
La iniciativa facilitará el diseño de formulaciones de vidrio innovadoras adaptadas a diversas aplicaciones. Para atender aplicaciones avanzadas en dispositivos de gama alta tecnología, los investigadores de materiales se están centrando en diseñar gafas con propiedades adaptadas a cada aplicación, utilizando principalmente recursos computacionales como el aprendizaje automático.
La adición de niobio al vidrio genera una especie de polimerización de la red de silicio-oxígeno
Para cumplir con las aplicaciones avanzadas, se requieren dos factores críticos, a saber, generar bases de datos completas y confiables y definir parámetros estructurales que consideren la compleja naturaleza físico-química del vidrio y sus propiedades funcionales. Aquí es donde entra la principal aportación de la selección brasileña.
Para Bradtmuller, existe una clase de óxidos, llamados intermediarios, que juega un papel estratégico en este nuevo momento de la tecnología. No forman vidrios bajo condiciones estándar de enfriamiento de laboratorio. Además, en presencia de otros óxidos, pueden contribuir significativamente, generando puentes de hidrógeno y dando al vidrio formado propiedades de interés. Este es el caso del óxido de niobio.
Los vidrios que contienen niobio son valorados por sus propiedades ópticas no lineales, con aplicaciones potenciales en dispositivos optoeléctricos, así como por sus propiedades mecánicas, utilizándose en la fabricación de materiales bioactivos.
Sin embargo, fue el equipo brasileño de investigadores quien descubrió que la adición de niobio genera una especie de polimerización de la red silicio-oxígeno, ampliando la conectividad de los elementos que componen el vidrio, lo que hace que el niobio sea una red formadora. Mientras que en los vidrios de silicato, en la escala de 5 a 10 nanómetros, los iones de litio se distribuyen aleatoriamente, el niobio tiende a formar aglomerados, un tipo de arreglo estructural que nunca antes se había observado.
¿Por qué no se pensó antes en el estudio con niobio?
Bradtmuller concluye que, aunque ya se han realizado varios estudios con niobio, el papel estructural del niobio sigue siendo oscuro, principalmente debido a la falta de datos sistemáticos de caracterización espectroscópica. Fue esta falta de conocimiento lo que llenó el estudio de los investigadores.
Además de los investigadores brasileños, científicos de Pensilvania desarrollaron un vidrio nuevo que es 10 veces más resistente a romperse y agrietarse. El producto es mucho menos contaminante, utiliza menos energía y puede hacer que la producción de vidrio sea sostenible a largo plazo.
