Учёные из Университета штата Пенсильвания разработали стекло LionGlass, которое выдерживает 10-кратные по сравнению с обычным стеклом нагрузки и производится со значительно сниженным уровнем выбросов углекислого газа. Будущее остекление может стать легче и прочнее, а также требовать меньших затрат на производство.
Источник изображения: Adrienne Berard/Penn State
Стекло сопровождает нашу цивилизацию около 5000 лет. Оно везде, начиная от оконных стёкол и заканчивая посудой. Традиционно стекло производится при плавлении смести из кварцевого песка, кальцинированной соды и известняка. Температура плавления смеси достигает 1500 °C, что сопровождается огромным потреблением энергии и сопутствующим выбросом CO2, а также повышенным износом оборудования — печей и оснастки. Кроме того, в процессе химической реакции образования стекла выделяется очень много углекислого газа. Всё вместе делает выпуск стекла экологически малопривлекательным процессом.
Учёные заменили карбонаты в составе смеси на оксид алюминия и оксиды железа. Это сразу снизило температуру плавления смеси на 300–400 °C и позволило сократить потребление энергии для плавки на 30 %. Отсутствие карбонатов в смеси также сократило образование CO2 в ходе химической реакции, что в совокупности позволяет говорить о сокращении выбросов углекислого газа при производстве стекла LionGlass на 50 % и даже сильнее.
Более того, испытание стекла LionGlass на твёрдость и растрескивание показали, что оно, как минимум, в 10 раз прочнее обычного стекла. Если по методу Виккерса обычное стекло начинает растрескиваться при нагрузке 100 граммов, то стекло LionGlass без повреждения выдержало нагрузку в 1 кг. У команды исследователей не было более тяжёлой нагрузки в составе измерительного комплекса, поэтому они не смогли определить предельную нагрузку для нового стекла.
Но даже этот результат обнадёживает. Для стекла микротрещины — это путь к быстрому разрушению. Десятикратное повышение прочности по этому показателю обещает сделать оконные стёкла и другие изделия из стекла заметно тоньше без ухудшения прочностных характеристик, а это ещё один путь к снижению затрат на производство.
Учёные подали заявку на получение патента на изобретение LionGlass. На следующем этапе они начнут искать партнёров для коммерциализации нового стекла. Параллельно они проводят эксперименты с проверкой LionGlass на устойчивость к различным условиям и химическим средам, что поможет определить сферу его применения.