Om du någonsin har tappat din smartphone på ett betonggolv, du vet den där fruktade känslan när du vänder på den för att se hur illa skärmen har spruckit – men den stressen kan snart vara ett minne blott. Forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute har upptäckt ett sätt att göra glas mindre sprött och mindre benägna att gå sönder.

Deras resultat, ledd av Yunfeng Shi, en docent i materialvetenskap och teknik vid Rensselaer, publicerades nyligen i Nano Lett .

Glaset som för närvarande används på många smartphones tillhör familjen oxidglas, där kiselatomer i allmänhet binder till fyra syreatomer. Den typen av bindningsarrangemang skapar ett styvt glasnätverk som inte tillåter plastisk deformation. Så, när betydande yttre påfrestningar appliceras – som när en telefon tappas på ett hårt golv – går glaset sönder.

Vad Shi och hans kollegor fann genom molekylära simuleringar var att kiselglas, tillverkad genom att komprimera kiselnanopartiklar tillsammans, kan sträckas upp till 100 procent utan att gå sönder. De upptäckte också att den förbättrade duktiliteten uppstår när kisel binder med fem syreatomer istället för fyra, sa Shi. Detta är känt som femfaldigt kisel, och den är kapabel till skjuvflöde under stress.

"Kompressionen förändrar faktiskt materialstrukturen, " sa Shi.

Denna förbättrade plasticitet gör att glaset tål mer belastning utan att spricka. Bortom våra telefoner, potentialen för detta fynd sträcker sig till många tillämpningar.

"Det här glaset är faktiskt lika styvt som stål. Så, om glaset kan härdas tillräckligt, det kan ersätta stål, "Sa Shi. "Vår heliga gral är att göra ett genomskinligt strukturellt material."

Denna upptäckt gjordes genom molekylära simuleringar. Nu, Shi sa, nästa steg är att testa det i labbet.

Yanming Zhang, en doktorand vid institutionen för materialvetenskap och teknik, är den första författaren på denna tidning. Arbetet gjordes i samarbete med Liping Huang, professor i materialvetenskap och teknik.