Vetro, come si “rilassa”? Capire il comportamento per gli schermi del futuro

TECNOLOGIA – Come costruire una nuova generazione di display? La risposta per ottenere performance e risoluzioni migliori è capire il rilassamento del vetro. Le dimensioni dei singoli pixel infatti devono essere necessariamente più piccole di quelli attuali per costruire gli schermi del futuro, ma un ridimensionamento comporta anche un ricalcolo della tolleranza massima per il fenomeno di rilassamento. Questo comportamento del materiale durante la produzione con tecniche a caldo può causare una variazione di volume e il disallineamento dei pixel, col risultato di prodotti inutilizzabili.

Fino ad oggi però nessuno studio si è mai occupato di comprendere il fenomeno del rilassamento del vetro, che è causato da un riarrangiamento intermolecolare dovuto a variazioni di calore, e per questo motivo due gruppi di ricercatori hanno unito le forze, ottenendo una prima tecnica di modellazione per studiare il comportamento. Lo studio è stato condotto da John Mauro, dell’industria di produzione di display e schermi Corning Inc, e Qiuju Zheng, professore associato della Qilu University of Technology in Cina. I risultati sono stati pubblicati sul Journal of Chemical Physics.

I ricercatori hanno elaborato una nuova tecnica di modellazione per quantificare e predire le fluttuazioni di rilassamento del vetro, dando vita al primo studio sistematico in questo campo. L’obiettivo è quello di comprendere l’origine fisica di queste fluttuazioni nella composizione del vetro e predirne così il comportamento, come ha sottolineato Mauro in un comunicato: “Il vetro è un materiale termodinamicamente instabile che si rilassa continuamente allo stato liquido sottoraffreddato. Questo rilassamento è un processo spontaneo che è accelerato durante il trattamento termico”.

Nella produzione degli schermi piatti il riscaldamento del vetro è un passaggio fondamentale. Per poter depositare sul vetro il sottile film di transistor e farne un display, il materiale deve essere trattato a caldo, causando così il rilassamento che comporta un lieve restringimento del volume della lastra di vetro utilizzata. Se questo effetto non viene controllato, il restringimento causa a sua volta un disallineamento dei pixel e la funzionalità dello schermo stesso è inevitabilmente compromessa.

Noto l’effetto, ma non la causa, i due ricercatori hanno cercato un nuovo approccio per studiarlo e si sono concentrati sulle variazioni di entalpia, cioè sulle variazioni termiche anche lievi non solo nel trattamento del vetro durante la produzione dei display, ma anche durante il suo processo iniziale di formazione e quello di fabbricazione del pannello. In questo modo hanno elaborato un sistema per comprendere il fenomeno del rilassamento dalla produzione del materiale iniziale fino a quella dello schermo finito.

Poter capire come, e dove, avviene il rilassamento ha inoltre un’applicazione industriale diretta: i produttori di schermi infatti potrebbero prevenire il disallineamento dei pixel, controllando l’effetto del calore sul materiale e producendo così pixel più piccoli che comportano performance e risoluzioni migliori. Le conoscenze acquisite con questo primo studio, sottolinea poi Mauro, permetteranno di sviluppare già a breve nuovi substrati di vetro per display ad altissime prestazioni: “Ci sono molte altre proprietà del vetro che ci interessano e questo fornisce un elemento importante per un set di modelli più ampio che potremmo usare per aiutare a guidare il design e lo sviluppo di nuove composizioni di vetro hi-tech”.

Il vero problema, spiegano ora i ricercatori, è unire l’aspetto fisico del fenomeno alla natura chimica del vetro. Per fare questo gli scienziati dovranno cercare le singole variazioni, che sono nell’ordine di misura delle parti per milione di tensione lineare, cioè effetti così piccoli ma allo stesso tempo potenzialmente significanti. Non sappiamo ancora, infatti, quali sono i lievi riarrangiamenti nella composizione del vetro e le sue configurazioni di legame, né perché questo accade, ma questo studio getta le basi per costruire questa conoscenza e pone la grande sfida di questo immediato futuro per raggiungere display di nuova, anzi nuovissima, generazione.

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