Új típusú üveg, amely 10-szer zöldebb és ellenállóbb a sérülésekkel szemben

Globálisan az üveggyártás eredményezi a legkevesebbet 86 millió tonna szén-dioxid évente. A Penn State kutatói által kifejlesztett LionGlass nevű új üvegtípus azonban lehetőséget kínál arra, hogy ezt a szén-dioxid-kibocsátást 50%-kal csökkentse. Ennek az innovatív üvegnek az előállítása nem csak sokkal kevesebb energiát igényel, hanem nagyobb sérülésállósággal is rendelkezik, mint a hagyományos nátron-mész-szilikát üvegnél. Az áttörés mögött álló tudósok nemrégiben szabadalmi kérelmet nyújtottak be, ami az első lépést jelenti a LionGlass piacra kerülése felé.

„Célunk, hogy az üveggyártást hosszú távon fenntarthatóvá tegyük” – mondta John Mauro, Dorothy Butt Enright, a Penn State anyagtudományi és mérnöki professzora és a projekt vezető kutatója. „A LionGlass csökkenti a széntartalmú kötegelt anyagok használatát, és nagymértékben csökkenti az üveg olvadáspontját.”

A nátron-mész-szilikát üveg, a mindennapi használati tárgyakban az ablakoktól az üvegedényekig használt üveg, három alapanyag olvasztásával készül: kvarchomok, szóda és mészkő. A szódabikarbóna nátrium-karbonát, a mészkő pedig kalcium-karbonát, és mindkettő szén-dioxidot (CO2) bocsát ki, egy üvegházhatású gázt, amely megköti a hőt, miközben olvad.

„Az üvegolvadási folyamat során a karbonátok oxidokra bomlanak, és szén-dioxidot termelnek, amely a légkörbe kerül” – mondta Mauro.

A szén-dioxid-kibocsátás nagy része azonban a kemencéknek az üveg olvasztásához szükséges magas hőmérsékletre való felmelegítéséhez szükséges energiából származik. A LionGlass esetében az olvadási hőmérséklet körülbelül 300-400 fokkal csökken CelsiusMauro elmagyarázta, hogy ez körülbelül 30%-kal csökkenti az energiafogyasztást a hagyományos nátron-mészüveghez képest.

A LionGlass nemcsak környezetbarát, hanem erősebb is, mint a hagyományos üveg. A kutatók meglepve tapasztalták, hogy a pennsylvaniai Nittany Lion kabalájáról elnevezett új üveg nagyobb repedésállósággal rendelkezik, mint a hagyományos üveg.

Egyes üvegpanel lámpatestek olyan erős repedésállósággal rendelkeznek, hogy az üveg még egy kilogramm Vickers gyémántcső erőterhelés mellett sem reped meg. A LionGlass legalább tízszer repedésállóbb, mint a hagyományos nátron-mészüveg, amely körülbelül 0,1 kilogramm erőterhelés hatására repedéseket képez. A kutatók kifejtették, hogy a LionGlass határértékeit még nem találták meg, mert elérte azt a maximális terhelést, amelyet a bemélyedő berendezés megenged.

„Folyamatosan növeltük a LionGlass súlyát, amíg el nem értük a berendezés által megengedett maximális terhelést” – mondta Nick Clark, Mauro laboratóriumának posztdoktori munkatársa. – Egyszerűen nem fog eltörni.

Mauro elmagyarázta, hogy a repedésállóság az egyik legfontosabb tulajdonság, amelyet üvegen kell tesztelni, mert így az anyag végül meghibásodik. Idővel az üveg felületén apró repedések keletkeznek, amelyek gyenge pontokká válnak. Ha egy üvegdarab eltörik, az a jelenlévő mikrorepedések által okozott gyengeségek miatt következik be. Hozzátette: különösen értékes az üveg, amely eleve ellenáll a mikrorepedések kialakulásának.

„A sérülésekkel szembeni ellenállás az üveg különösen fontos tulajdonsága” – mondta Mauro. „Gondoljunk csak bele, milyen módon támaszkodunk az üveg erejére az autóiparban és az elektronikai iparban, az építészetben és a kommunikációs technológiákban, például az optikai kábelekben. Még az egészségügyben is erős, vegyszerálló üvegtartályokban tárolják a vakcinákat.”

Mauro reméli, hogy a LionGlass megnövelt szilárdsága azt jelenti, hogy a belőle készült termékek még könnyebbek lehetnek. Mivel a LionGlass tízszer jobban ellenáll a sérüléseknek, mint a jelenlegi üveg, lényegesen vékonyabb is lehet.

„Képesnek kell lennünk a vastagság csökkentésére, és ugyanolyan szintű sérülésekkel szembeni ellenállással kell rendelkeznünk” – mondta Mauro. „Ha könnyebb termékünk van, az jobb a környezetnek, mert kevesebb nyersanyagot használunk, és kevesebb energiára van szükségünk az előállításához. Még a folyásirányban lefelé, a szállításhoz is csökkenti az üveg mozgatásához szükséges energiát, így nyer. nyerő helyzet.”

Mauro megjegyzi, hogy a kutatócsoport még mindig felméri a LionGlass lehetőségeit. Szabadalmi kérelmet nyújtottak be az egész üvegcsaládra, ami azt jelenti, hogy a LionGlass családon belül számos kompozíció létezik, mindegyiknek megvan a maga sajátossága és lehetséges alkalmazása. Jelenleg a LionGlass különböző összetételeit teszik ki számos kémiai környezetnek, hogy tanulmányozzák, hogyan hatnak egymásra. Az eredmények segítenek a csapatnak abban, hogy jobban megértsék, hogyan használják a LionGlasst világszerte.

„Az emberek több mint 5000 évvel ezelőtt tanulták meg az üvegkészítést, és azóta elengedhetetlenné vált, hogy a modern civilizációt a mai állapotba hozzák” – mondta Mauro. „Most abban az időben vagyunk, amikor a jövő alakításában kell segítenünk, mivel olyan globális kihívásokkal nézünk szembe, mint a környezeti problémák, a megújuló energia, az energiahatékonyság, az egészségügy és a városfejlesztés. Az üveg létfontosságú szerepet játszhat ezeknek a problémáknak a megoldásában, és készek vagyunk hozzájárulni.”