🦁LionGlass: новый тип стекла, более экологичного и в 10 раз более стойкого к повреждениям.

Образец львиного стекла, нового типа стекла, разработанного исследователями из Пенсильванского государственного университета, для производства которого требуется значительно меньше энергии и которое гораздо более устойчиво к повреждениям, чем стандартное натриево-известково-силикатное стекло. Автор: Эдриенн Берард / Penn State.

Ежегодно при производстве стекла во всем мире выделяется не менее 86 миллионов тонн углекислого газа. Однако новый тип стекла под названием LionGlass, разработанный исследователями из Пенсильванского университета, позволяет снизить выброс углерода на 50%. Это инновационное стекло не только требует значительно меньше энергии для производства, но и обладает большей устойчивостью к повреждениям по сравнению с обычным натриево-известково-силикатным стеклом. Ученые, стоящие за этим прорывом, недавно подали заявку на патент, что знаменует собой первый шаг к выводу LionGlass на рынок.

“Наша цель - сделать производство стекла устойчивым в долгосрочной перспективе”, - сказал Джон Мауро, профессор материаловедения и инженерии имени Дороти Пейт Энрайт в Пенсильванском государственном университете и ведущий исследователь проекта. “LionGlass исключает использование углеродсодержащих материалов для шихты и значительно снижает температуру плавления стекла”.

Натриево-известково-силикатное стекло, обычное стекло, используемое в предметах повседневного обихода, от окон до стеклянной посуды, изготавливается путем плавления трех основных материалов: кварцевого песка, кальцинированной соды и известняка. Кальцинированная сода - это карбонат натрия, а известняк - карбонат кальция, оба из которых при плавлении выделяют диоксид углерода (CO2), удерживающий тепло парниковый газ.

“В процессе плавления стекла карбонаты разлагаются на оксиды и производят углекислый газ, который выбрасывается в атмосферу”, - сказал Мауро.

Но основная часть выбросов CO2 происходит за счет энергии, необходимой для нагрева печей до высоких температур, необходимых для плавки стекла. По словам Мауро, благодаря LionGlass температура плавления снижается примерно на 300-400 градусов Цельсия, что приводит к снижению энергопотребления примерно на 30% по сравнению с обычным натриево-известковым стеклом.

LionGlass не только безопаснее для окружающей среды, но и намного прочнее обычного стекла. Исследователи сказали, что были удивлены, обнаружив, что новое стекло, названное в честь талисмана Пенсильванского университета льва Ниттани, обладает значительно более высокой устойчивостью к растрескиванию по сравнению с обычным стеклом.

Некоторые стеклянные композиции команды обладали такой высокой трещиностойкостью, что стекло не трескалось даже под нагрузкой в один килограмм от алмазного индентора Vickers. LionGlass по крайней мере в 10 раз более устойчиво к растрескиванию по сравнению со стандартным натриево-известковым стеклом, которое образует трещины под нагрузкой силой около 0,1 кг. Исследователи объяснили, что пределы использования LionGlass еще не определены, поскольку они достигли максимальной нагрузки, допускаемой оборудованием для вдавливания.

“Мы продолжали увеличивать вес LionGlass, пока не достигли максимальной нагрузки, которую позволяет оборудование”, - сказал Ник Кларк, аспирант из лаборатории Мауро. “Оно просто не треснуло бы”. Мауро объяснил, что устойчивость к растрескиванию - одно из важнейших качеств стекла, которое необходимо проверять, потому что именно так материал в конечном итоге разрушается. Со временем на поверхности стекла образуются микротрещины, которые становятся слабыми местами. Когда кусок стекла разбивается, это происходит из-за недостатков, вызванных существующими микротрещинами. Стекло, которое в первую очередь устойчиво к образованию микротрещин, особенно ценно, добавил он.

“Устойчивость к повреждениям - особенно важное свойство стекла”, - сказал Мауро. “Подумайте обо всех тех способах, которыми мы полагаемся на прочность стекла, в автомобильной промышленности и электронной промышленности, архитектуре и коммуникационных технологиях, таких как волоконно-оптические кабели. Даже в здравоохранении вакцины хранятся в прочной, химически стойкой стеклянной упаковке ”.

Мауро надеется, что повышенная прочность LionGlass означает, что изделия, созданные из него, могут иметь меньший вес. Поскольку LionGlass в 10 раз более устойчиво к повреждениям, чем современное стекло, оно может быть значительно тоньше.

“Мы должны быть в состоянии уменьшить толщину и при этом получить тот же уровень устойчивости к повреждениям”, - сказал Мауро. “Если у нас будет более легкий продукт, это будет еще лучше для окружающей среды, потому что мы используем меньше сырья и для его производства требуется меньше энергии. Даже при транспортировке ниже по потоку это снижает затраты энергии на транспортировку стекла, так что это выигрышная ситуация для всех ”.

Мауро отмечает, что исследовательская группа все еще оценивает потенциал LionGlass. Они подали заявку на патент на все семейство стекол, что означает, что в семействе LionGlass существует множество композиций, каждая из которых обладает своими особыми свойствами и потенциальным применением. Сейчас они подвергают различные составы LionGlass воздействию множества химических сред, чтобы изучить, как оно реагирует. Результаты помогут команде лучше понять, как LionGlass можно использовать во всем мире.

“Люди научились изготавливать стекло более 5000 лет назад, и с тех пор это сыграло решающую роль в доведении современной цивилизации до того состояния, в котором она находится сегодня”, - сказал Мауро. “Сейчас мы находимся в тот момент, когда нам нужно это, чтобы помочь сформировать будущее, поскольку мы сталкиваемся с глобальными вызовами, такими как экологические проблемы, возобновляемые источники энергии, энергоэффективность, здравоохранение и городское развитие. Стекло может сыграть жизненно важную роль в решении этих проблем, и мы готовы внести свой вклад ”.