Экологически чистое стекло, которое трудно разбить

По телефону раздается смех, когда Джон Мауро задает мой вопрос одному из своих студентов: сколько нужно ударов молотком, чтобы разбить разработанное ими новое стекло?

«Вы должны погрузить в него свое тело», — говорит профессор Мауро из штата Пенсильвания, который описывает, как стекло должно быть сначала глубоко поцарапано алмазной ручкой или карбидом вольфрама, а затем постдокторант забьет его молотком. молоток.

Профессор Мауро утверждает, что изобретение под названием LionGlass в десять раз прочнее стандартного стекла. Представьте себе неповрежденную бутылку вина, даже после того, как ее уронили на кухонный плиточный пол.

Однако подробностей о LionGlass немного, так как исследование еще не было опубликовано в рецензируемом журнале, а команда недавно подала заявку на патент.

Одна ключевая деталь заключается в том, что, в отличие от стандартного стекла, для производства этого стекла не требуется кальцинированная сода или известняк. Альтернативные ингредиенты на данный момент являются тщательно охраняемым секретом.

Люди были Производство стекла на протяжении тысячелетий. Из-за свойств, подобных драгоценному камню, и того факта, что ему можно придавать замысловатые формы, у него всегда была ахиллесова пята: он разбивается. Но, возможно, ненадолго.

От ветровых стекол автомобилей до бокалов для шампанского — нет конца сферам применения, которые могут выиграть от использования еще более прочного стекла.

Существует большая конкуренция за то, кто может изготовить самое прочное и экологически безопасное стекло по разумной цене. Это может изменить мир.

«Если мы действительно хотим повлиять на углеродный след, нам нужно заняться силикатно-натронной известью», — говорит профессор Мауро.

Кальцинированная сода и известняк выделяют углекислый газ (CO2) при нагревании с кварцевым песком — общий рецепт для стекла — и производственный процесс требует высоких температур и требует большого количества энергии.

В отличие от этого, LionGlass не использует эти материалы, богатые углеродом, и имеет производственные температуры ниже 300°C до 400°C.

Загвоздка в том, что, поскольку стекло имеет более низкую термостойкость, чем другое стекло, его нельзя использовать для экранов смартфонов или планшетов, которые пользуются большим спросом.

Для этого стекло должно выдерживать высокие температуры в процессе производства.

«Если стекло меняет свои размеры во время этого процесса, пиксели могут быть смещены», — говорит профессор Мауро.

Но у LionGlass может быть много других применений — например, стеклянные столовые приборы и окна в зданиях.

Существующие предприятия по производству стекла должны быть в состоянии производить его без замены оборудования, а после изготовления стекла не требуется никаких дополнительных работ. Его прочность, по словам профессора Мауро, является «неотъемлемым свойством стекловидной структуры».

LionGlass может оказать влияние «везде, где вы видите стекло», кроме смартфонов, — говорит Роберт Ричи из Калифорнийского университета в Беркли.

Профессор Риччи и его коллеги разработали непрозрачное стекло, которое прочнее стали. Почти десятилетие назад.

Новый тип стекла может помочь архитекторам переосмыслить то, как они используют этот материал, говорит Шерил Аткинсон из Atkinson Architect в Канаде. LionGlass, будучи настолько прочным, позволяет, например, сделать оконные стекла намного тоньше.

«Это, безусловно, уменьшит вес стеклопакетов или стеклопакетов», — отмечает она, отмечая, что это уменьшит выбросы углекислого газа, связанные с транспортировкой стекла.

Тем не менее, одна проблема с современной оконной технологией заключается в том, что пластиковые уплотнения по краям двойных или тройных стеклопакетов часто выходят из строя через несколько десятилетий — дело не только в качестве самого стекла.

Кроме того, признавая важность энергоэффективности, архитекторы, в том числе г-жа Аткинсон, используют меньше стекла в своих проектах, чтобы уменьшить потери тепла зданиями зимой и предотвратить чрезмерный нагрев помещений в солнечные дни.

Бывший работодатель профессора Мауро, компания Corning, известная своим стеклом Gorilla Glass, используемым в смартфонах, планшетах и ​​экранах телевизоров, производит и другие продукты, такие как стекло для сверхпрочных флаконов с лекарствами, в том числе для вакцин против Covid-19, и архитектурное стекло для зданий.

Джаймин Амин, главный технический директор Corning, сообщил Би-би-си, что у компании есть проект по созданию энергосберегающих окон «очень высокого качества».

По его словам, это можно использовать, нанеся очень тонкий слой стекла между двумя стеклами традиционных окон, чтобы сделать блоки с тройным остеклением тоньше и легче, чем современные окна.

В июле Corning сообщила о слабом спросе на смартфоны в квартальном отчете о прибылях и убытках.

Тем не менее, по словам Амина, бытовая электроника остается основным направлением роста компании.

По словам Корнинга, производители смартфонов используют стекло для корпусов своих устройств, а также для экранов, отчасти потому, что оно помогает телефонам принимать и передавать высокочастотные сигналы 5G.

При этом износостойкость продолжает улучшаться.

Стекло Victus 2 Gorilla Glass, выпущенное Corning в прошлом году, может выдержать падение на бетон с высоты одного метра. «Это был первый раз, когда у нас была чашка с сертифицированным переработанным содержимым», — говорит доктор Амин. «Мы все больше и больше движемся в этом направлении».

Одним из преимуществ вторичной переработки стекла является более низкая температура, необходимая для производства нового продукта, что снижает выбросы углерода.

Уильям Кервин, аналитик Morningstar Research Services, подчеркивает успех Corning в стекольном бизнесе, заявляя, что на его долю приходится более половины рынка стекла, используемого во все более популярных широкоэкранных телевизорах.

Одним из быстро расширяющихся применений стекла являются солнечные панели. «Я думаю, что если бы вы спросили меня пять лет назад, я бы даже не позвонил», — говорит Кервин. «Теперь это определенно гораздо более важное дело для стекольной промышленности».

Он добавляет, что производители солнечных панелей ищут более прочное и тонкое стекло, чтобы уменьшить вес панелей.

Бен Вуд из CCS Insight говорит, что смартфоны останутся важной областью инноваций.

Например, складные телефоны должны выдерживать «десятки тысяч или сотни тысяч сгибов в течение срока службы устройства», — говорит он.

По его словам, потребители все еще беспокоятся о том, действительно ли складные телефоны достаточно мощны.

«Мечта — это небьющееся стекло», — добавляет Вуд, и это остается мечтой даже сейчас.