Milieuvriendelijk glas dat moeilijk te breken is

Er wordt gelachen door de telefoon als John Mauro mijn vraag aan een van zijn studenten stelt: hoeveel hamerslag is er nodig om het nieuwe glas dat ze hebben ontwikkeld te breken?

“Je moet je lichaam erin stoppen”, zegt professor Mauro van Penn State, die beschrijft hoe het glas eerst diep moet worden bekrast met een diamanten pen of wolfraamcarbide – en vervolgens moet worden gehamerd door een postdoctorale student. hamer.

Professor Mauro beweert dat de uitvinding, genaamd LionGlass, tien keer sterker is dan gewoon glas. Stel je voor dat een fles wijn intact is, zelfs nadat hij op de tegelvloer in de keuken is gevallen.

Er zijn echter weinig details over LionGlass beschikbaar, aangezien het onderzoek nog niet in een collegiaal getoetst tijdschrift is gepubliceerd en het team onlangs een patentaanvraag heeft ingediend.

Een belangrijk detail is dat, in tegenstelling tot standaard glas, voor de productie van dit glas geen natriumcarbonaat of kalksteen nodig is. Alternatieve ingrediënten zijn momenteel een goed bewaard geheim.

Mensen zijn geweest Al duizenden jaren glas maken. Vanwege zijn juweelachtige eigenschappen en het feit dat het in ingewikkelde vormen kan worden gegoten, heeft het altijd een achilleshiel gehad: het verbrijzelt. Maar misschien niet lang meer.

Van autoruiten tot champagneglazen, er is geen einde aan de toepassingen die baat zouden kunnen hebben bij nog duurzamer glas.

Er is veel concurrentie wie het sterkste en meest duurzame glas kan maken tegen een redelijke prijs. Het kan de wereld veranderen.

“Als we echt een impact willen hebben op de koolstofvoetafdruk, moeten we natronkalksilicaat aanpakken”, zegt professor Mauro.

Natriumcarbonaat en kalksteen geven kooldioxide (CO2) vrij wanneer ze worden verwarmd met kwartszand – een veelgebruikt recept voor glas – en het fabricageproces vereist hoge temperaturen en verbruikt veel energie.

LionGlass daarentegen gebruikt deze koolstofrijke materialen niet en heeft productietemperaturen onder de 300°C tot 400°C.

De vangst is dat omdat glas een lagere thermische tolerantie heeft dan ander glas, het niet kan worden gebruikt voor smartphone- of tabletschermen, waar veel vraag naar is.

Hiervoor moet het glas bestand zijn tegen de hoge temperaturen tijdens het productieproces.

“Als het glas tijdens dit proces van afmetingen verandert, kunnen de pixels in feite verkeerd worden uitgelijnd”, zegt professor Mauro.

Maar LionGlass kan nog vele andere toepassingen hebben – bijvoorbeeld glazen bestek en ramen in gebouwen.

Bestaande glasfabrieken zouden het moeten kunnen maken zonder hun apparatuur te veranderen en glas vereist geen verdere werkzaamheden als het eenmaal is gemaakt. De sterkte ervan, zegt professor Mauro, is “een inherente eigenschap van de glasachtige structuur”.

LionGlass zou een impact kunnen hebben “overal waar je glas ziet” – behalve in smartphones – zegt Robert Ritchie van de University of California, Berkeley.

Professor Ricci en zijn collega’s hebben een ondoorzichtig glas ontwikkeld dat sterker is dan staal Bijna tien jaar geleden.

Een nieuw type glas zou architecten kunnen helpen om na te denken over het gebruik van het materiaal, zegt Cheryl Atkinson van Atkinson Architect in Canada. LionGlass, dat zo sterk is, kan bijvoorbeeld veel dunnere ruiten mogelijk maken.

“Dit zou zeker het gewicht van de geïsoleerde of driedubbele beglazing verminderen”, merkt ze op, erop wijzend dat dit de kooldioxide-uitstoot die gepaard gaat met het transport van glas, zou verminderen.

Een probleem met de huidige raamtechnologie is echter dat de plastic afdichtingen rond de randen van dubbele of driedubbele beglazing vaak na enkele decennia kapot gaan – het gaat niet alleen om de kwaliteit van het glas zelf.

Bovendien erkennen architecten, waaronder mevrouw Atkinson, het belang van energie-efficiëntie en gebruiken ze minder glas in hun ontwerpen om warmteverlies van gebouwen in de winter te verminderen en overmatige verwarming van binnenruimtes op zonnige dagen te voorkomen.

De voormalige werkgever van professor Mauro, Corning, beroemd om het Gorilla Glass dat wordt gebruikt in smartphones, tablets en tv-schermen, maakt andere producten zoals glas voor ultrasterke medicijnflesjes – ook voor Covid-19-vaccins – en architectonisch glas voor gebouwen.

Jaimin Amin, Chief Technology Officer van Corning, vertelde de BBC dat het bedrijf een project had op zoek naar energiezuinige ramen van “zeer hoge kwaliteit”.

Een manier waarop dit kan worden gebruikt, is door een heel dunne laag glas aan te brengen tussen twee ruiten van traditionele ramen om driedubbele beglazing te maken die dunner en lichter is dan bestaande ramen, zegt hij.

In juli meldde Corning een zwakke vraag naar smartphones in een kwartaalupdate.

Toch zegt Amin dat consumentenelektronica een belangrijk groeigebied voor het bedrijf blijft.

Fabrikanten van smartphones gebruiken glas voor de behuizing van hun apparaten, evenals schermen, deels omdat dit telefoons helpt hoogfrequente 5G-signalen te ontvangen en verzenden, zegt Corning.

Ondertussen blijft de duurzaamheid verbeteren.

Het Victus 2 Gorilla Glass dat Corning vorig jaar lanceerde, kan overleven als het vanaf een hoogte van een meter op beton valt. “Het was de eerste keer dat we een beker hadden met gecertificeerd gerecycled materiaal”, zegt dr. Amin. “We gaan steeds meer die kant op.”

Een van de voordelen van glasrecycling zijn de lagere temperaturen die nodig zijn om het nieuwe product te maken, waardoor de CO2-uitstoot wordt verminderd.

William Kerwin, een analist bij Morningstar Research Services, onderstreept het succes van Corning in de glasindustrie en zegt dat het meer dan de helft van de markt voor glas in handen heeft dat wordt gebruikt in steeds populairder wordende grootbeeldtelevisies.

Een snel groeiende toepassing van glas zijn zonnepanelen. “Dit is een plek waarvan ik denk dat als je het me vijf jaar geleden had gevraagd, ik niet eens had gebeld”, zegt Kerwin. “Nu is het zeker een veel grotere deal voor de glasindustrie.”

Hij voegt eraan toe dat fabrikanten van zonnepanelen op zoek zijn naar sterker en dunner glas, zodat ze het gewicht van de panelen kunnen verminderen.

Ben Wood, van CCS Insight, zegt dat smartphones een belangrijk gebied voor innovatie zullen blijven.

Opvouwbare telefoons moeten bijvoorbeeld bestand zijn tegen “tienduizenden of honderdduizenden vouwen gedurende de levensduur van het apparaat”, zegt hij.

Consumenten maken zich nog steeds zorgen of opvouwbare telefoons echt krachtig genoeg zijn, zegt hij.

“Een droom is een onbreekbaar glas”, voegt Wood eraan toe – wat zelfs nu nog een droom blijft.