Glas har varit en del av samhället i tusentals år, så det är lätt för detta material att bli osynligt och förbises, men en materialvetare från Penn State har lagt upp en plan för att kartlägga glasgenomet och främja glasets framtid.

Insatsen är en del av Materials Genome Initiative, som försöker fördubbla hastigheten på att utveckla nya material.

John Mauro, professor i materialvetenskap och teknik vid Penn State, bygger en uppsättning prediktiva modelleringsverktyg som kombinerar kunskap från glasfysik och kemi, för att kartlägga byggstenar och egenskaper hos glas, ungefär som ansträngningar att förstå det mänskliga genomet. Hans team bygger redan en stark grund för att förstå glaskomposition, struktur och fastighetsförhållanden i industriellt relevanta system. Han rapporterar sina resultat i ett nyligen publicerat nummer av Aktuellt yttrande i fast tillstånd och materialvetenskap .

"Tanken med att avkoda glasgenomet är att vi anammar alla dessa olika modelleringsmetoder, från grundläggande fysik genom empirisk modellering och maskininlärning, "Sa Mauro." Genom att kombinera alla dessa verktyg tillsammans, vi kan få de bästa modellerna för alla glasegenskaper vi bryr oss om. Sedan kan vi använda denna nya kunskap för att förbättra nuvarande kompositioner, och gå in i nya kompositionsutrymmen. "

Ett område Mauro vill stärka är samarbetet mellan glaskemi och glasfysiska samhällen. Han har gjort en karriär genom att kombinera dessa två områden och sa att samspelet mellan kemi och fysik kommer att vara nyckeln till bättre förståelse av glas.

Begreppet maskinbaserade inlärningsmodeller för att främja materialforskning, där avancerade datorer analyserar till synes otaliga variabler och kombinationer för att söka efter nya egenskaper och användningsområden, har funnits i många år. Men det har nyligen blivit en drivkraft på grund av ständigt växande datorkraft.

Mauro sa att uppfinnare traditionellt ser till att skräddarsy glas för att möta specifika egenskaper. Till exempel, Cornings Gorillaglas, som Mauro hjälpte till att designa, ökad styrka till ett tunt lager av transparent glas. Dock, genom -metoden kommer att tillåta uppfinnare att tänka annorlunda eftersom det kommer att belysa de otaliga potentiella egenskaper som finns tillgängliga genom glasformuleringar. Glaskompositioner kan sedan konstrueras till unika material för att möta stränga krav för framtida applikationer.

"Det är väldigt annorlunda än att bara försöka designa ett glas som bara behöver en specifik uppsättning egenskaper, eftersom dessa målegenskaper ofta ändras, "Sa Mauro." Med genom -tillvägagångssättet, oavsett hur målet ändras, du kan hitta på något som uppfyller dessa krav. "

Kryssar i en lista över områden där glas fortfarande är i framkant - energiproduktion och lagring, effektivare byggnader, biomedicinska komponenter, nanomedicinsk läkemedelsleverans och kommunikation, och informationsteknik - det är lätt att förstå vikten av att förstå alla potentiella egenskaper hos glas.

"Vissa människor har en uppfattning om att glas är ett gammaldags material eftersom det har använts i tusentals år, "Sa Mauro." Till exempel vi tar glasfönster för givet, men det finns mycket avancerad kemi, fysik och ingenjörsteknik som går in på tillverkning av vanligt fönsterglas. Om vi ​​vill utveckla nästa generations glasprodukter, vi måste utveckla en riktigt djup förståelse för glas. "