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Es así como se fabrica el vidrio. Los artesanos en la Tierra han seguido esta receta básica durante milenios. Y siempre funciona. "Ahora sabemos que funciona aún mejor en el espacio", dice el experto en vidrios y cerámicas Delbert Day, quien ha estado experimentando con vidrios fundidos en Transbordadores Espaciales durante los últimos veinte años. Day es Profesor Emérito de Ingeniería Cerámica en la Universidad de Missouri-Rolla. Arriba: Una pelota de vidrio fundido se saca del fuego en la vidriera de Orrefors en Suecia. Copyright: Dave Bartruff.
En ambientes de muy baja gravedad, en cambio, no se necesita ningún recipiente. En los experimentos iniciales de Day, el fundido -- una gota líquida de 0,6 cm de diámetro -- se colocó dentro de un horno caliente y se sostuvo mediante la presión de ondas sonoras emitidas por un levitador acústico. Con ese levitador acústico, explica Day, "podíamos fundir y enfriar y volver a fundir y enfriar una gotita de material sin que ésta estuviera en contacto con algún otro objeto". Como había esperado Day, el procesamiento sin contenedor produjo un vidrio de mejor calidad. Para su sorpresa, sin embargo, el cristal fue de una calidad muy superior a la esperada de acuerdo con la teoría. Abajo: Delbert Day, Profesor Emérito de Ingeniería Cerámica de la Universidad de Missouri-Rolla [más información]
El vidrio de ventana que nos es tan familiar está formado principalmente por sílice -- un compuesto de silicio y oxígeno. Esencialmente es arena fundida. Pero en teoría, un fundido de cualquier composición química puede producir un vidrio con tal de que el fundido pueda ser enfriado con la suficiente rapidez como para que los átomos no tengan tiempo de colocarse en patrones, o cristales. En órbita, en cambio, los líquidos fundidos no cristalizan tan fácilmente como lo hacen en la Tierra. Es más fácil la formación del vidrio. Por tanto, no solamente se puede hacer vidrio menos contaminado, sino formarlo a partir de una variedad más amplia de fundidos. ¿Pero por qué es esto tan importante? ¿Qué defectos tiene el vidrio hecho con sílice? Para las ventanas el sílice es adecuado. Pero el vidrio hecho de otras composiciones químicas ofrece una multitud de propiedades inesperadas. Por ejemplo, hay "vidrios bioactivos" que se pueden usar para reparar huesos humanos. Esos vidrios eventualmente se disuelven una vez que han cumplido con su finalidad. Por otra parte, Day ha desarrollado vidrios que son tan insolubles dentro del cuerpo que están siendo utilizados para tratar el cáncer mediante la distribución de altas dosis de radiación directamente en el lugar del tumor.
Derecha: bolas de acero rebotan en las placas planas hechas de aleación de titanio, vidrio metálico, y acero inoxidable. La bola que rebota en el vidrio metálico continúa haciéndolo durante un tiempo mucho mayor. [más información] Es también intrigante para los investigadores espaciales el vidrio de fluoruro. Hecho con una mezcla de zirconio, bario, lantano, sodio y aluminio, este tipo de vidrio (también conocido como "ZBLAN") es cientos de veces más transparente que el vidrio de sílice. Sería excepcional para fibras ópticas. Una fibra de fluoruro sería tan transparente, dice Day, que un rayo de luz que entre por un extremo en Nueva York, podría llegar a otro extremo tan lejano como París. Con las fibras de vidrio de sílice, la señal lumínica se degrada a lo largo del camino. Desdichadamente, las fibras de vidrio de fluoruro son muy difíciles de producir en la Tierra. Los fundidos tienden a cristalizar antes de que se forme el vidrio. Abajo: Las superficies de la fibras de ZBLAN formadas casi en la ingravidez (panel superior) y en la gravedad terrestre normal (panel inferior). [más información]
En los fundidos que son más fluidos, como en aquellos revueltos por la gravedad, los átomos se mueven más rápidamente, por lo cual pueden disponerse en arreglos más geométricos con mayor rapidez. En fundidos más espesos y viscosos, los átomos se mueven más lentamente. Es más difícil que se formen patrones regulares y por consiguiente, es más probable que el fundido forme un vidrio. En ambientes de muy baja gravedad, cree Day, los fundidos deben ser más viscosos de lo que son en la Tierra. Aunque esta teoría no ha sido confirmada, algunos resultados experimentales sugieren que es correcta. El investigador de la NASA Dennis Tucker trabajó con fundidos de fluoruro en el KC-135, un avión que proporciona cortos momentos de gravedad próxima a cero intercalados por periodos de alta gravedad. "Llevó a cabo algunos experimentos de fundición de vidrios, tratando de obtener de ellos fibras muy delgadas", afirma Day. "Durante la parte del vuelo en baja gravedad, cuando g se aproximaba a cero, las fibras se obtenían sin ningún problema. Pero durante los momentos de alta gravedad, las fibras que obtenía estaban completamente cristalizadas". El resultado, dice Day, se podría explicar mediante la dilución de corte. "Un fundido en baja gravedad no experimenta demasiado corte. Pero al incrementarse g, habrá más y más movimiento en el fundido". Los esfuerzos de corte se incrementan. La viscosidad efectiva del fundido disminuye. La cristalización se vuelve más probable.
Por estos días, Day está planificando su próximo experimento en el espacio -- a bordo de la Estación Espacial Internacional -- con el que espera confirmar sus ideas. Se fundirán y enfriarán muestras idénticas de vidrio de la misma forma en la Tierra y en muy baja gravedad. Entonces se contará el número de cristales que aparezcan en cada muestra. Si la dilución por corte existe, dice, habrá menos cristales en las muestras fundidas en el espacio que en las producidas en la Tierra. Eventualmente, Day desea utilizar las lecciones que se aprendan en el espacio para aplicarlas a la producción de vidrio en tierra. Vidrios metálicos. Vidrios bioactivos. Super fibras ópticas. Las posibles aplicaciones siguen y siguen... lo que demuestra, tan claro como el cristal, el valor de esta investigación. |
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