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.

Всем известно, что белый цвет позволяет одежде и предметам меньше нагреваться на солнце, что происходит благодаря отличному отражению палящих лучей. И всё бы хорошо, но только чёрно-белый мир лишён ярких красок, а впечатления часто важнее комфорта. Решение нашли в Китае, где исследователи заимствовали строение крыльев бабочек, которые мы ценим за их разноцветную красоту и при этом они практически не нагреваются.

Структура отражающего покрытия. Источник изображений:Wanlin Wang, Shenzhen University

Учёные из Шэньчжэньского университета создали многослойные плёнки, яркость и насыщенность которых не уступает оригинальным краскам. За счёт чередования отражающих слоёв с разной организацией удалось отражать свет с заданной длиной волны нужным образом. Например, одно из покрытий отражало жёлтый свет в узком направлении, а синий — в широком, что заставляло воспринимать его как ярко синее.

Синяя отражающая плёнка, на которой нет ни грамма синей краски

Так, по сравнению с обычной синей краской, которая поглощает все длины волн, кроме синего, новое покрытие на ярком солнце было на 27 °C холоднее и, в целом, было на 2 °C холоднее, чем температура окружающей среды. Секрет кроется в базовом слое плёнки, который выполнен из серебра и полностью отражает солнечный свет. Но отражённый свет при этом не слепит глаза, а благодаря сложной наноструктуре в слоях материала выглядит как отражение насыщенного синего цвета. Для массового производства, добавляют учёные, серебро можно будет заменить на алюминий.

Слева вверху лист материала, выкрашенный обычной синей краской. Слева внизу — набор отражающих плёнок. Справа на фотографии съёмка обоих образцов в инфракрасном свете.

Серия экспериментов показала, что таким образом можно изготавливать плёнки других цветов. Таким материалом можно будет покрывать крыши автомобилей и очень сильно экономить на расходах на охлаждение его салона летом, ведь жар Солнца не будет передаваться металлу. При этом сохраняется цветовое разнообразие среди машин, что должно радовать автолюбителей. Солидный чёрный автомобиль теперь будет нагреваться на стоянке не сильнее машины белого цвета, соединяя в себе представительность и комфорт.

Также новое покрытие подойдёт для облицовки зданий, сооружений и даже для одежды. Такое покрытие легко изготавливается прокатным способом, а пластик и алюминий не сделают его дорогим.