Staklo toliko tanko da se njegovi atomi silicijuma i kiseonika jasno vide pomoću elektronskog mikroskopa, identifikovano je u laboratoriji Dejvida Mulera (David A. Muller), profesora primenjene i tehničke fizike i direktora Kavlijevog instituta za nanotehnologiju pri Kornelovom univerzitetu. Staklo debljine svega dva atoma, zbog koga je doslovno dvodimenzionalno, slučajno je otkriveno. Naučnici su u laboratoriji pravili grafen, jedan od najtanjih i najjačih materijala na svetu izgrađen od monoatomskog sloja ugljenika u obliku heksagonalne kristalne rešetke. Prilikom snimanja na transmisionom elektronskom mikroskopu, naučnici su na grafenu uočili “nečistoće”, da bi nakon detaljnije analize ustanovili da je reč o elementima običnog stakla – silicijumu i kiseoniku. S obzirom da je grafen pravljen na bakarnoj foliji u kvarcnoj peći, zaključili su da je usled propuštanja vazduha bakar reagovao sa kvarcom, koji se takođe sastoji od silicijuma i kiseonika. Na taj način, na onome što je trebalo da bude čist grafen, obrazovao se sloj stakla.
Novootkriveno dvodimenzionalno staklo jednoga dana bi moglo da nađe primenu u tranzistorima. Besprekorni ultratanki materijal mogao bi da poboljša sadašnje performanse procesora u kompjuterima i smartfonima. Otkriće najtanjeg stakla na svetu se nalazi u izdanju Ginisove knjige rekorda za 2014. godinu.
Rešena misterija stara više od 80 godina
Staklo je oduvek predstavljalo misteriju za naučnike. S ozbirom da je staklo nekristalni materijal, negovu strukturu je nemoguće neposredno videti, odnosno snimiti pomoću uređaja koji se koriste za ispitivanje strukture kristalnih materijala, pa su naučnici oduvek imali poteškoća da je objasne. U pitanju je čvrst materijal, ali po nekim osobinama mnogo više podseća na tečnost.
Sa aspekta kristaličnosti, čvrste materijale možemo podeliti na kristalne i nekristalne. Osnovna razlika između njih je u stepenu uređenosti strukture. Osnovne jedinice karakteristične za čvrsto stanje, koje se još nazivaju i izgrađivačke jedinice, kod nekristalnih materijala su nasumično raspoređene, dok dužine veza i uglovi između njih, iako bliski vrednostima kristala, odstupaju od konstantnih vrednosti. Prema tome, kažemo da kod nekristalnih materijala postoji sređenost na kratkom rastojanju, dok kod kristalnih materijala postoji periodična uređenost na dugom rastojanju. Godine 1932. William Houlder Zachariasen, norveško-američki fizičar, publikovao je rad pod nazivom „The Atomic Arrangement in Glass“ koji je imao ogroman uticaj na tadašnja saznanja o strukturi stakla. Posmatrajući ponašanje kristalnog i nekristalnog SiO2, on je razvio empirijski model kontinualne nasumične mreže pomoću kojeg je vrlo uspešno opisivana struktura kvarcnog stakla. Po njegovoj teoriji, staklo kao nekristalni materijal sa jedne strane i kristalni kvarc sa druge strane imaju iste izgrađivačke jedinice (SiO4 tetraedre), ali se razlikuju u načinu na koji su te jedinice međusobno povezane. U svom radu on je dao i dijagram koji bi trebalo da predstavlja prikaz teorijskog uređenja atoma u staklu, slika 2.
80 godina kasnije, slučajno otkriće u laboratoriji profesora Mulera dalo je odgovor na pitanje o fundamentalnoj strukturi stakla. Naučnici Kornelovog univerziteta su napravilu sliku najtanjeg stakla na svetu i ustanovili da ona upadljivo liči na dijagram iz 1932. godine, teoretski prikaz rasporeda atoma u staklu koji je sačinio W.H. Zaharijasen.
Na ovaj način je Zaharijasenov empirijski model strukture stakla konačno dobio potvrdu.
Piše: dr Marija Milanović
Svet materijala 