Le verre aluminosilicate est-il le « verre le plus résistant jamais créé ? »

Le point de vue de l'éditeur : Les scientifiques ont mis au point une nouvelle façon de fabriquer du verre ultra résistant. Le processus mélange du verre d'oxyde ordinaire avec de l'aluminosilicate à des températures et des pressions extrêmement élevées. Certaines publications le qualifient de « verre le plus résistant jamais créé », mais l'est-il ?

Les scientifiques spécialisés dans les matériaux de l'Université de Bayreuth en Allemagne ont développé un verre plus de deux fois plus résistant que le Gorilla Glass. Le Gorilla Glass Victus de Corning est son matériau le plus résistant, avec une ténacité à la rupture de 0,76 mégapascals (MPa). Le verre produit dans le cadre de l'étude de Bayreuth – publiée dans la revue Nature Materials de ce mois-ci – a une résistance de 1,99 MPa. Les chercheurs affirment qu'il surpasse « tous les autres verres à oxyde en vrac signalés », ce qui a incité Extreme Tech à publier le titre sensationnaliste « Les scientifiques utilisent une chaleur et une pression extrêmes pour créer le verre le plus résistant jamais créé ». Mais est-ce le verre le plus résistant qui soit ?

Le titre m'a fait penser à une époque en 2016 où les gens étaient devenus fous de Star Trek en prédisant la découverte de l'aluminium transparent. Vous vous souvenez peut-être de la scène de Star Trek 4 : The Voyage Home, où Scotty et Bones convainquent un ingénieur en polymères de leur fournir des matériaux pour construire un réservoir destiné à abriter une baleine en échange de la formule d'aluminium transparent (ci-dessous).

C'était une histoire sensationnelle à l'époque, rapidement démystifiée par des personnes soulignant que les brevets de développement de l'oxynitrure d'aluminium (AlON) remontaient à 1978, huit ans avant la sortie du film. Certains des premiers échantillons commerciaux ont été créés en 1984, deux ans avant la sortie du film. Bien sûr, des années de progrès en recherche ont suivi, et une percée en 2016 dans le processus de fabrication découverte par l’Université d’Oxford a conduit à cette idée fausse largement répandue.

Le matériau de l'Université de Bayreuth est subtilement différent de l'AlON, mais il n'est pas plus résistant. AlON est fabriqué en fusionnant des atomes d'aluminium, d'oxygène et d'azote dans une céramique transparente. Le verre aluminosilicate mélange du verre d'oxyde standard avec du silicium, de l'aluminium, du bore et de l'oxygène (aluminosilicate). Chimiquement, la principale différence réside dans la substitution du bore à l’azote.

Le processus de fabrication de l'AlON consiste à mélanger de la poudre d'alumine avec du noir de carbone et à la chauffer à environ 1 650-1 850 degrés Celsius dans une atmosphère riche en azote. Les chercheurs de Bayreuth ont combiné du verre oxydé avec de l'aluminosilicate et l'ont chauffé à 1 000 °C sous une pression de 10 à 15 gigapascals (GPa). Les deux procédés créent une structure paracristalline très dure (ci-dessous).

Verre amorphe ordinaire (à gauche) vs verre paracristallin (à droite). Les régions plus claires sont plus ordonnées, ce qui ajoute de la force. Crédit image : Université de Bayreuth

Le procédé de Bayreuth donne un verre avec une résistance à la rupture de 1,99 MPa +/- 0,06 MPa, à peine supérieure ou inférieure à celle de l'AlON (2,0 MPa). Ainsi, à toutes fins utiles, ce nouveau verre a la même résistance que les formes actuelles d’AlON. Malheureusement, il n'est même pas à égalité au premier rang en termes de force.

Plus tôt cette année, des scientifiques chinois ont synthétisé un verre suffisamment dur pour rayer les diamants. Provisoirement nommé AM-III, le matériau amorphe a été évalué à 113 GPa selon le test de dureté Vickers. Pour référence, de nombreux diamants naturels ont une résistance comprise entre 70 et 100 GPa. Toutefois, les pierres les plus dures peuvent faire pencher la balance jusqu’à 150 GPa. Ce verre est fabriqué en chauffant très lentement et en comprimant le fullerène à 25 GPa de pression et 1 200 °C pendant 12 heures.

Toutes ces substances diffèrent à des degrés divers, mais elles sont toutes étiquetées « verre ». Je ne crois pas qu'Extreme Tech ait été fallacieux dans son titre. Je pense que cela a simplement été pris dans le battage médiatique, comme nous l'avons vu lors des progrès passés dans ce domaine. L'affirmation de l'étude selon laquelle le verre aluminosilicate est plus résistant que tout autre verre d'oxyde en vrac est valable, mais uniquement avec la qualification « oxyde en vrac ». L’AlON et le verre fullerène peuvent à juste titre faire la même affirmation, ce dernier étant actuellement le plus résistant.

Crédit image : Stilvetro Acqui