ニュース

Aug 31, 2023

注射

ガラスは人類最古の素材の 1 つであり、今でも飲料用の容器や包装から光学や通信に至るまで、あらゆる用途に広く使用されています。 残念ながら、操作方法は

ガラスは人類最古の素材の 1 つであり、今でも飲料用の容器や包装から光学や通信に至るまで、あらゆる用途に広く使用されています。 残念ながら、ガラスを扱う方法は過去のものになっています。 ほとんどの方法では 1500 °C ～ 2000 °C の範囲の大量の高熱が必要であり、作成できる形状の複雑さには制限があります。

形状の作成に関しては、ガラスを吹き込んだり、溶けたガラスを型に押し込んだりすることができます。 ガラスは、研磨、エッチング、または窯で鋳造することもできます。 限られた幾何学的形状がすべてなければ、ガラスは多くのアプリケーションにとって素晴らしいものとなるでしょう。 ガラスの方が優れた光学特性を持っているにもかかわらず、ガラスの成形には限界があるため、一部の光学レンズはポリマーで作られています。

理想的には、ガラスもプラスチックと同じように射出成形できます。 この利点は 2 つあります。より複雑な形状が可能になり、製造時間が大幅に短縮されます。 さて、待ちは終わりました。 ドイツのフライブルク大学の研究者たちは、ガラスに射出成形を適用する方法を発見しました。 そして、それは単なるガラスではありません。彼らは高品質で透明な溶融石英ガラスを製造し、それを従来の方法よりも低い温度で行いました。 研究チームは、X 線回折を使用してガラスが非晶質で結晶が含まれていないことを確認し、光学顕微鏡、紫外可視、赤外測定の 3 つの方法でその光学的透明性を確認することができました。 明らかになったのはほんの少しの塵だけでしたが、これはクリーンルームの外では当然のことです。

これは 2 つの大きな理由からエキサイティングなニュースです。射出成形は複雑な形状への扉を開くものであり、また従来のガラス成形方法よりもエネルギー消費量が少ないことです。 チームは 2017 年に 3D プリンターをハッキングして、プラスチックの代わりにガラスペーストを噴射することからこの旅を始めました。 これを行うために、彼らはシリカ ナノ粒子と UV 硬化性ポリマーから印刷可能なパウダーを作成しました。 確かに複雑な形状を作成する場合には有効でしたが、印刷と硬化は一度に 1 つずつ行うため、時間がかかりました。

しかし今では、射出成形を使用できるようにプロセスをアップグレードしました。 それで、その秘密は何ですか？ さらに宇宙時代のポリマー。 彼らは再びシリカナノ粒子から出発し、ポリエチレングリコール (PEG) とポリビニルブチラール (PVG) を追加しました。 これによりペーストが生成され、それが押出機に供給され、押出機は可塑化されたガラスを小さな歯車、ディスク、ルークのような形をした小さく複雑な型に注入しました。

型から取り出すと、シリカ粒子間で発生するファンデルワールス相互作用のおかげで、ピースは互いに保持されます。 これらは分子を互いに結合させる弱い静電力です。 より永続的な結合を実現するために、研究者らはまずピースを数時間水に浸し、PEGを洗い流します。 次に、それらを 2 段階で焼成します。1 回目は 600°C で PVB を焼き尽くし、2 回目は 1300°C でシリカ粒子を融合させます。 この時点でプラスチックはなくなり、ガラスだけが残ります。

研究者の一人であり、材料スタートアップ Glassomer のグループリーダーである Frederik Kotz 博士は、彼らの発見について次のように述べています。

特に複雑な形状をした小型のハイテクガラス部品には大きな可能性があると考えています。 透明性に加えて、ガラスの膨張係数が非常に低いこともこの技術を興味深いものにしています。 主要コンポーネントがガラス製であれば、センサーと光学系はどのような温度でも確実に動作します。

射出成形は、チームが数年前に行った印刷と硬化のプロセスよりも高速ですが、欠点が 1 つあります。それは、ガラスのひび割れを防ぐために、PEG を洗い流す作業を数日かけて行う必要があることです。 きっと誰かがもっと早くできる方法を考え出すでしょう。 おそらく、次に世界が数十億回分の新しいワクチン用のガラス瓶を必要とする前にさえ。

Glassomer 経由の画像