新型玻璃可将碳足迹减少近一半且抗损坏能力提高10倍
在全球范围内，玻璃制造业每年至少产生 8600 万吨 二氧化碳。一种新型玻璃有望将碳足迹减少一半。这项名为 LionGlass 的发明由宾夕法尼亚州立大学的研究人员设计，生产所需的能源显着减少，并且比标准钠钙硅酸盐玻璃更耐损坏。研究团队最近提交了一份专利申请，作为将该产品推向市场的第一步。
“我们的目标是使玻璃制造长期可持续发展，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系多萝西·佩特·恩赖特教授、该项目的首席研究员约翰·莫罗 (John Mauro) 说。“LionGlass 消除了含碳批料的使用，并显着降低了玻璃的熔化温度。”
钠钙硅酸盐玻璃是从窗户到玻璃餐具等日常用品中常用的玻璃，由熔化三种主要材料制成：石英砂、纯碱和石灰石。纯碱是碳酸钠，石灰石是碳酸钙，两者在熔化时都会释放二氧化碳(CO2)，这是一种吸热温室气体。
“在玻璃熔化过程中，碳酸盐分解成氧化物并产生二氧化碳，然后释放到大气中，”毛罗说。
但大部分二氧化碳排放来自将熔炉加热到熔化玻璃所需的高温所需的能量。Mauro 解释说，采用 LionGlass，熔化温度可降低约 300 至 400 摄氏度，与传统钠钙玻璃相比，能耗可减少约 30%。
LionGlass 不仅对环境更友好，而且比传统玻璃更坚固。研究人员表示，他们惊讶地发现，这种以宾夕法尼亚州立大学吉祥物尼塔尼狮子命名的新型玻璃与传统玻璃相比，具有明显更高的抗裂性。
该团队的一些玻璃成分具有很强的抗裂性，即使在维氏金刚石压头施加一公斤力的载荷下，玻璃也不会破裂。LionGlass 的抗裂性至少是标准钠钙玻璃的 10 倍，标准钠钙玻璃在约 0.1 公斤力的负载下会形成裂纹。研究人员解释说，目前还没有发现LionGlass的极限，因为它们已经达到了压痕设备允许的最大负载。
“我们不断增加 LionGlass 的重量，直到达到设备允许的最大负载，”Mauro 实验室的博士后尼克·克拉克 (Nick Clark) 说。“它根本就不会破裂。”
毛罗解释说，抗裂性是玻璃测试中最重要的品质之一，因为这是材料最终失效的原因。随着时间的推移，玻璃表面会产生微裂纹，从而成为薄弱环节。当一块玻璃破裂时，这是由于现有微裂纹造成的弱点。他补充说，从一开始就不易形成微裂纹的玻璃尤其有价值。
“抗损坏性是玻璃的一个特别重要的特性，”毛罗说。“想想我们在汽车工业和电子工业、建筑以及光纤电缆等通信技术中依赖玻璃强度的所有方式。即使在医疗保健领域，疫苗也储存在坚固、耐化学腐蚀的玻璃包装中。”
Mauro 希望 LionGlass 强度的提高意味着用它制造的产品可以重量更轻。由于 LionGlass 的抗损伤能力是现有玻璃的 10 倍，因此它的厚度可能会显着变薄。
“我们应该能够减少厚度，同时仍能获得相同水平的抗损伤能力，”Mauro 说。“如果我们生产出重量更轻的产品，那对环境就更好了，因为我们使用的原材料更少，生产所需的能源也更少。即使在下游，对于运输而言，这也减少了运输玻璃所需的能源，因此这对每个人来说都是双赢的局面。”
Mauro 指出，研究团队仍在评估 LionGlass 的潜力。他们已经为整个玻璃系列提交了专利申请，这意味着 LionGlass 系列中有许多成分，每种成分都有自己独特的特性和潜在应用。他们现在正在将 LionGlass 的各种成分暴露于一系列化学环境中，以研究其反应方式。结果将帮助团队更好地了解如何在世界范围内使用 LionGlass。
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