værd at vide

Værd at Vide: Fra sten, bronze og jern til glas

Stenalderen blev efterfulgt af bronzealderen og jernalderen. Nogle har betegnet den periode, som nu er ved at rinde ud, som oliealderen, men det er i virkeligheden et dårligt udtryk. Olie er først og fremmest noget, vi (stadig) brænder af for at få energi, kun en lille del bruges til fremstilling af håndgribelige plastprodukter. Med den stigende brug af plast kunne man måske med en vis ret betegne vores tid som plastalderen. Nogle mener ligefrem, at plast kan bruges som markør for en ny geologisk epoke, antropocæn – menneskets tidsalder. Men måske er det endnu bedre at hævde, at vi lever i glasalderen, som to topfolk fra det amerikanske firma Corning – tidligere Corning Glass Works – argumenterede for i en artikel i International Journal of Applied Glass Science for nogle år siden.

Plast er nyttigt, men glas er uundværligt. Det er blevet et foretrukket materiale inden for arkitektur. Internettets data flyder gennem kabler af glas frem til glasskærme – store som små. Glas er ved at erstatte – eller har muligvis erstattet – papir som det materiale, vi læser tekster på. Glas har også givet os teleskoper og mikroskoper, som har åbnet for helt ny viden om, hvordan naturen ser ud på meget stor og lille skala. Hvis vi ikke havde glas i mange former, ville samfundet se helt anderledes ud. Det kan plast ikke hamle op med.

Derfor er det med god ret, at 2022 ud over at være både dansk og internationalt videnskabsår også af FN er udnævnt til at være internationalt glasår. Det er dog nok gået de flestes opmærksomhed forbi, for aktiviteterne har været få og spredte, og med skam at melde har vi heller ikke i Ingeniøren gjort noget særligt ud af det. Glasbranchen og de danske glasforskere afholdt godt nok en international glaskonference på Aalborg Universitet i maj, men det virkede mest som en lukket fest.

Glas er en slags mellemting mellem fast stof og væske. Det er dog en myte, at langsom flydning over hundreder af år er forklaringen på, at visse glasvinduer i gamle europæiske katedraler er tykkest i bunden. Mytedrabet har sendt væskesammenligningen noget til tælling, men den er alligevel ved at få en form for renæssance. At glas, som vi normalt betragter som et fast materiale, deler en lang række egenskaber med flydende stoffer, står mere og mere klart. En almindelig definition af glas er, at det er et materiale, som er opstået med afkøling til en fast tilstand uden krystallisering. Men det giver indtryk af, at glas er uforanderligt, og det er ikke tilfældet. En lang række nyere definitioner tager højde for dette. Glaseksperten Edgar Dutra Zanotto foreslog for nogle år siden at definere glas som en ikkekrystallinsk tilstand ude af termisk ligevægt, som synes at være på fast form over korte tidsskalaer, men som kontinuert nærmer sig en flydende tilstand. Til ekspertbrug havde han også en mere præcis definition, som vi tager på engelsk: ‘Glass is a non-equilibrium, non-crystalline condensed state of matter that exhibits a glass transition. The structure of glasses is similar to that of their parent supercooled liquids (SCL), and they spontaneously relax toward the SCL state. Their ultimate fate, in the limit of infinite time, is to crystallise’. Alle ved nok, hvad glas er, men at beskrive det præcist bliver hurtigt kompliceret.

At glas også har et indre ur og sin helt egen tid er nok en overraskelse for de fleste. Teorien herom har et halvt århundrede på bagen, men det er noget, som glaseksperterne på Roskilde Universitet ved Center for Glas og Tid på det allerseneste har været med til at undersøge i detaljer. For nogle måneder siden beskrev Kristine Niss, Jeppe Dyre m.fl. mere indgående i en videnskabelig artikel i Science Advances, hvordan glas ældes ud fra glassets alder opgjort i en ‘materialetid’. Glas ældes ikke så meget ved, at det flyder, men ved, at det skrumper, på samme måde som materialer generelt får mindre rumfang ved afkøling – med vand som en markant undtagelse, da det udvider sig, når det afkøles fra 4 grader celsius.

Ideen er, at glas har en form for indre ur, der bestemmer, hvor hurtigt ældningen sker. Ældningsprocessen er ganske kompliceret og har både lineære og ikkelineære komponenter, som det har krævet ganske komplicerede eksperimenter at gennemføre. Men de danske eksperimenter og teorier viser nu, hvordan det indre ur i glas gradvist går langsommere og langsommere med tiden, efter at glasset er dannet, og hvordan det afhænger af glassets temperatur i forhold til den såkaldte glasovergangstemperatur, der bestemmer, ved hvilken temperatur et materiale bliver glasagtigt. Roskildeforskerne skriver i den videnskabelige artikel, at glasset på den måde har en materialetid givet ved et indre ur, på samme måde som det i relativitetsteorien gælder, at en observatør i bevægelse også har sin egen tid, som kan aflæses på et ur, der følger med observatøren.

Alt i alt er en af hovedkonklusionerne, som professor Kristine Niss har udtrykt det, at glas rent faktisk ligner væsker mere, end man tidligere har troet.
Vi ved nok, hvad glas er, men en præcis beskrivelse er kompliceret. En nyere definition på dansk lyder ‘en ikkekrystallinsk tilstand ude af termisk ligevægt, som synes at være på fast form over korte tidsskalaer, men som kontinuert nærmer sig en flydende tilstand’, (læs ekspertdefinitionen på engelsk i artiklen).

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg gætter på at det er denne peer review artikel der henvises til: https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063...

Den skal læses! :)

Godt at se at Jens Ramskov er tilbage. Det er noget sløvt med de dybdeborende ingeniørtekniske artikler, der leder til aha oplevelser her på sitet når han ikke er her.

  • 18
  • 0

Ikke for at hijacke kommentarsporet, men skulle nogen være interesserede så er det følgende artikler, der henvises til: https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/d...

https://www.sciencedirect.com/science/arti...

https://www.science.org/doi/abs/10.1126/sc...

Første og sidste er frit tilgængelige :-)

Skulle nogen derudover være interesserede i at få den fulde beskrivelse af, hvorfor man ikke skal være bange for at drikkeglas og vinduer (der er samme glastype) "flyder" fra os i vores levetid, så se følgende:

https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119...

der konkluderer, at den såkaldte "relaxation time" er i omegnen af 10^23 år for et typisk vinduesglas omkring stuetemperatur!

Vh. Søren

PhD studerende ved Aalborg Universitet

  • 8
  • 0

Undskyld! men glas blev opfundet i Ægypten i løbet af sen bronzealder og tidlig jernalder – og opskriften kan forresten findes i Den Store Danske Encyklopædi:

https://denstoredanske.lex.dk/glas

Det drejer sig om oxider af halvmetallet silicium (fint sand) og af alkalimetallerne natrium (ægyptisk natron), calcium (hvid marmor) og aluminium (basaltisk aske) samt eventuelt magnesium og kalium eller eventuelt bly.

Kender nogen til eksperiment eller teori vedrørende den hypotetiske mulighed for at erstatte bly i glas med uran, så man kunne lave en glasmodereret formeringsreaktor?

Aktuelt ved næsten alle, at naturgas jo er velegnet til at fyre op med under glasovne, så Rusland har glasindustri, og i min mors vitrine findes russiske drikkeglas fra IKEA.

Sådan er eller var der indtil for nylig så meget, og jeg synes nu ikke, at vi kan tale om glas-alderen, da allerede stenalderen var silicium-baseret (kisel med krystalvand).

Det vil sige, at silicium har været fundamentalt dels som flint dels som glas og dels som halvmetallet i transistorer

Så når nu RUC har et fremragende center for glas og tid:

Hvorfor ikke slet og ret tale om tids-alderen, da man kan sige at vi siden Newton har mere eller mindre mestret naturen ved hjælp af diverse modeller for energi og tid?

  • 0
  • 1

Umiddelbart vil jeg opfatte slutproduktet 'glas' som bestående af uorganisk materiale, og hvis det mest består af organiske stoffer, polymerer, ville det hedde plast(?), også jf. lex-artiklen i #4. Plast kan så have glasagtige egenskaber, undergå glasagtig opførsel.

Den engelske slutdefinition i artiklen tyder på glas, der på sigt vil rekrystallisere ved stuetemperatur, langt under glassets smeltetemperaturer, og aldrig begynde at flyde under de forhold. Mens den danske måske mere omhandler polymerer. Eller skelner moderne materialeforskere ikke på den måde?

  • 0
  • 1

Jeg giver lige mine 5 cent som materialeforsker.

Definitionen af hvad et glas er, er faktisk et ret omdiskuteret emne blandt forskere (jf. den anden artikel i min tidligere post). De to mest karakteristiske kriterier for at et materiale kan kaldes et glas kan opsummeres som:

  1. Materialet er amorft (dvs. ikke-krystallinsk)
  2. Materialet udviser en glasovergang

Nogen gange vil man kunne se definitioner, der kun kræver at materialet er amorft, men min fornemmelse er, at de overstående kriterier er de mest gængse. Der skelnes altså ikke til materialefamilie i selve definitionen af hvad et glas er. Det betyder, at plastik der opfylder ovenstående krav (plastik er typisk helt eller delvist amorft og udviser meget ofte glasovergange) også falder under vores definition af glas. Således er rigtigt mange polymerer også glas.

Det som de fleste mennesker identificerer som glas er næsten altid siliciumoxid-baseret, men for materialeforskere er definitionen altså langt bredere.

Vh. Søren

  • 3
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten