アルミノシリケートガラスは「史上最強のガラス」なのか？

編集者の見解:科学者たちは超強力なガラスを作る新しい方法を考案しました。 このプロセスでは、通常の酸化物ガラスとアルミノケイ酸塩を非常に高い温度と圧力で混合します。 得られた材料は、いくつかの出版物で「史上最強のガラス」と呼ばれていますが、本当にそうでしょうか?

ドイツのバイロイト大学の材料科学者は、ゴリラガラスの2倍以上の強度を持つガラスを開発しました。 Corning の Gorilla Glass Victus は最も丈夫な素材であり、破壊靱性は 0.76 メガパスカル (MPa) です。 バイロイトの研究で製造されたガラス（今月の Nature Materials 誌に掲載）の強度は 1.99 MPa です。 研究者らは、これが「報告されている他のバルク酸化物ガラス」を上回っていると主張し、エクストリーム・テック社は「科学者らは超高温と圧力を利用して史上最強のガラスを作成」というセンセーショナルな見出しを掲載した。 しかし、それは史上最強のガラスなのでしょうか？

この見出しを見て、私は 2016 年、透明アルミニウムの発見を予言するスタートレックに人々が熱狂したときのことを思い出しました。 『スタートレック 4: 航海の故郷』で、スコッティとボーンズが高分子技術者を説得して、透明なアルミニウムの配合と引き換えにクジラを収容するタンクを作るための材料を提供するよう説得するシーンを思い出すかもしれません (下)。

これは当時センセーショナルな話だったが、酸窒化アルミニウム (AlON) の開発特許は映画公開の 8 年前の 1978 年まで遡るという人々の指摘によってすぐに誤りが暴かれた。 最初の商用サンプルの一部は、映画が公開される 2 年前の 1984 年に作成されました。 もちろん、何年にもわたる研究の進歩が続き、2016年にオックスフォード大学によって発見された製造プロセスにおける画期的な進歩が、広く報告される誤解につながりました。

バイロイト大学の素材は AlON とは微妙に異なりますが、強度が高いわけではありません。 AlON は、アルミニウム、酸素、窒素原子を透明なセラミックに融合させることによって製造されます。 アルミノケイ酸塩ガラスは、標準的な酸化物ガラスにシリコン、アルミニウム、ホウ素、酸素を混合したもの (アルミノケイ酸塩) です。 化学的に、主な違いは窒素の代わりにホウ素が使用されることです。

AlON の製造プロセスでは、アルミナ粉末とカーボン ブラックを混合し、窒素が豊富な雰囲気中で約 1,650 ～ 1,850 ℃に加熱します。 バイロイトの研究者らは、酸化物ガラスとアルミノケイ酸塩を組み合わせ、10〜15ギガパスカル（GPa）の圧力下で1,000℃まで加熱した。 どちらのプロセスでも、非常に硬い準結晶構造が作成されます (下図)。

通常のアモルファスガラス（左）と準結晶ガラス（右）。 明るい領域はより規則正しくなり、強度が増します。 画像クレジット: バイロイト大学

バイロイトプロセスにより得られるガラスの破壊強度は 1.99 MPa +/- 0.06 MPa であり、AlON (2.0 MPa) よりわずかに高いか低いだけです。 したがって、どう見ても、この新しいガラスは現在の形状の AlON と同じ強度です。 残念ながら、強さに関しては1位にすらなりません。

今年初め、中国の科学者らがダイヤモンドを傷つけるほど硬いガラスを合成した。 暫定的に AM-III と名付けられたこの非晶質材料は、ビッカース硬度試験で 113 GPa と評価されました。 参考までに、多くの天然ダイヤモンドの強度は 70 ～ 100 GPa です。 ただし、最も硬い石ではスケールが 150 GPa まで傾く可能性があります。 このガラスは、フラーレンを 12 時間かけて 25 GPa の圧力および 1,200℃まで非常にゆっくりと加熱および圧縮することによって作られます。

これらすべての物質は程度は異なりますが、すべて「ガラス」と呼ばれています。 Extreme Tech の見出しが不誠実だったとは思えません。 この分野におけるこれまでの進歩で見てきたように、単に誇大宣伝に巻き込まれただけだと思います。 アルミノケイ酸ガラスが他のバルク酸化物ガラスよりも強いという研究の主張は有効ですが、それは「バルク酸化物」という条件が付いている場合に限ります。 AlON とフラーレン ガラスは両方とも当然同じ主張をすることができ、後者が現在最も強力です。

画像クレジット: Stilvetro Acqui