Hoe ontstaat glas?
We staan er zelden bij stil: glas. We drinken eruit, kijken erdoorheen, gebruiken het in gebouwen en voertuigen. Maar wat ís glas eigenlijk? En hoe ontstaat het? Verrassend genoeg is dat laatste een nog altijd onopgelost vraagstuk in de natuurkunde. Liesbeth Janssen, theoretisch natuurkundige aan de TU Eindhoven, werkt aan een antwoord.
Geen gewoon materiaal
Hoewel de mensheid al duizenden jaren glas maakt – de Egyptenaren konden het al – blijft de glasfase wetenschappelijk mysterieus. Glas is technisch gezien een vaste stof, maar als je inzoomt op de structuur, zie je iets wat op vloeistof lijkt. Hoe kan dat?
Volgens Janssen is glas geen materiaalsoort, maar een toestand. Glas ontstaat wanneer een vloeistof zó stroperig wordt dat het niet meer kan stromen, zonder dat de atomen zich netjes ordenen, zoals dat bij bijvoorbeeld ijs wel gebeurt. Dit fenomeen, ‘gestolde wanorde’, maakt glas tot een unieke, amorfe vaste stof.
Van vloeibaar naar vast, zonder kristallen
De meeste vaste stoffen, zoals ijs of zout, hebben een kristallijne structuur: hun atomen staan in nette rijen. Bij glas is dat anders. De atomen blijven wanordelijk, alsof de vloeibare fase is ‘bevroren’ zonder dat er kristallen zijn gevormd. Dit roept fundamentele vragen op: waarom bewegen atomen op een bepaald moment niet meer, terwijl hun structuur hetzelfde blijft?
Rekenwerk in plaats van reageerbuizen
Janssen onderzoekt deze vragen niet in een laboratorium vol glasovens, maar achter haar bureau. Samen met haar team ontwikkelt ze wiskundige modellen en gebruikt ze machine learning om het gedrag van miljarden atomen te analyseren.
Een belangrijke eigenschap waar ze naar kijkt, is viscositeit: de stroperigheid van een vloeistof. Naarmate glasvorming nadert, stijgt die enorm. Uiteindelijk wordt het materiaal zo stroperig dat het zich gedraagt als een vaste stof. Maar wat veroorzaakt deze verandering, terwijl de structuur op atoomniveau nauwelijks verandert?
Glas zit ook in ons lichaam
Het onderzoek naar glas heeft niet alleen wetenschappelijke waarde, maar ook praktische toepassingen. Bijvoorbeeld bij het recyclen van plastics, die vaak glasachtige eigenschappen hebben. Of in de medische wereld: ook cellen kunnen schakelen tussen vloeibare en vaste vormen. Dat inzicht kan bijdragen aan nieuwe manieren om ziektes als kanker of astma te begrijpen en misschien zelfs eerder op te sporen.
Hoopvolle stappen
Hoewel een definitieve theorie nog ontbreekt, is Janssen hoopvol. Dankzij de toenemende rekenkracht van computers en slimme algoritmes komt een doorbraak dichterbij. “Er is geen beter moment dan nu om dit probleem aan te pakken”, zegt ze.
Wie is Liesbeth Janssen?
Liesbeth Janssen (1983) is universitair hoofddocent aan de TU Eindhoven. Ze promoveerde cum laude aan de Radboud Universiteit Nijmegen, deed postdoctoraal onderzoek in New York en Düsseldorf, en werkt sinds 2017 aan een allesomvattende glastheorie. In 2020 ontving ze een prestigieuze Vidi-beurs van 800.000 euro van NWO om haar onderzoek voort te zetten.
