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Aug 31, 2023

주입

유리는 인류의 가장 오래된 재료 중 하나이며, 음료수 용기와 포장에서부터 광학 및 통신에 이르기까지 모든 분야에서 여전히 널리 사용되고 있습니다. 불행히도 작업 방법은

유리는 인류의 가장 오래된 재료 중 하나이며, 음료수 용기와 포장에서부터 광학 및 통신에 이르기까지 모든 분야에서 여전히 널리 사용되고 있습니다. 불행하게도 유리를 다루는 방법은 과거에 머물러 있습니다. 대부분의 방법은 1500°C ~ 2000°C 범위의 높은 열을 필요로 하며 만들 수 있는 모양의 복잡성으로 인해 모두 제한됩니다.

모양을 만드는 한, 유리를 불어서 녹인 유리를 틀에 넣을 수 있습니다. 유리는 갈거나 에칭하거나 가마에서 주조할 수도 있습니다. 유리는 제한된 기하학적 구조만 아니라면 많은 응용 분야에 환상적일 것입니다. 유리 성형의 한계로 인해 일부 광학 렌즈는 유리가 더 나은 광학적 특성을 갖고 있음에도 불구하고 폴리머로 만들어집니다.

이상적으로는 유리를 플라스틱처럼 사출 성형할 수 있습니다. 이것의 이점은 두 가지입니다. 더 복잡한 모양이 가능하고 제조 시간이 훨씬 빨라집니다. 이제 기다림은 끝났습니다. 독일 프라이부르크 대학의 연구원들이 유리에 사출 성형을 적용하는 방법을 찾아냈습니다. 그리고 그것은 단순한 유리가 아닙니다. 그들은 고품질의 투명한 용융 석영 유리를 만들었으며 전통적인 방법보다 낮은 온도에서 작업했습니다. 팀은 X선 회절을 사용하여 유리가 비정질이고 결정이 없음을 확인했으며 광학 현미경, UV-가시광선 및 적외선 측정의 세 가지 방법으로 광학적 투명성을 확인할 수 있었습니다. 그것이 밝혀낸 것은 클린룸 외부에서 예상되는 아주 작은 먼지뿐이었습니다.

이는 두 가지 큰 이유에서 흥미로운 소식입니다. 사출 성형은 복잡한 형상을 만들 수 있다는 점과 기존 유리 성형 방법에 비해 에너지 집약도가 낮다는 점입니다. 팀은 2017년에 3D 프린터를 해킹하여 플라스틱 대신 유리 페이스트를 분사하는 것으로 이 여정을 시작했습니다. 이를 위해 그들은 실리카 나노입자와 UV 경화성 폴리머로 인쇄 가능한 분말을 만들었습니다. 복잡한 모양을 만드는 데는 확실히 효과가 있었지만 인쇄 및 경화는 한 번에 하나씩 진행되는 느린 과정이었습니다.

그러나 이제 그들은 사출 성형 작업을 위해 프로세스를 업그레이드했습니다. 그럼 그 비결은 무엇입니까? 더 많은 우주 시대의 폴리머. 그들은 실리카 나노입자로 다시 시작하여 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 폴리비닐 부트릴(PVG)을 첨가했습니다. 이로 인해 압출기에 공급되는 페이스트가 생성되었고 압출기는 가소화된 유리를 작은 기어, 디스크 및 루크 모양의 작고 복잡한 주형에 분사했습니다.

일단 금형에서 나오면 실리카 입자 사이에서 발생하는 반 데르 발스 상호 작용 덕분에 조각이 서로 붙습니다. 이는 분자를 서로 결합시키는 약한 정전기력입니다. 보다 영구적인 결합을 위해 연구진은 먼저 조각을 물에 몇 시간 동안 담가서 PEG를 씻어냈습니다. 그런 다음 두 단계로 조각을 소성합니다. 한 번은 PVB를 태워 없애기 위해 600°C에서, 두 번째는 실리카 입자를 융합하기 위해 1300°C에서 소성합니다. 이때 플라스틱은 사라지고 유리만 남았습니다.

재료 스타트업 Glassomer의 연구원이자 그룹 리더인 Dr. Frederik Kotz는 그들의 발견에 대해 다음과 같이 말했습니다.

우리는 특히 복잡한 기하학적 구조를 지닌 소형 하이테크 유리 부품의 경우 큰 잠재력을 갖고 있다고 봅니다. 투명성 외에도 유리의 팽창 계수가 매우 낮다는 점도 이 기술을 흥미롭게 만듭니다. 주요 구성 요소가 유리로 만들어진 경우 센서와 광학 장치는 어떤 온도에서도 안정적으로 작동합니다.

사출 성형이 몇 년 전 팀의 인쇄 및 경화 공정보다 빠르지만 한 가지 문제가 있습니다. 유리가 깨지는 것을 방지하려면 PEG를 씻어내는 작업을 며칠에 걸쳐 수행해야 한다는 것입니다. 분명히 누군가가 더 빨리 할 수 ​​있는 방법을 생각해 낼 것입니다. 아마도 다음 번이 오기 전에도 세계는 수십억 용량의 새로운 백신을 담기 위한 유리병이 필요할 것입니다.

Glassomer를 통한 이미지