在全球范围内，玻璃制造业每年至少排放 8600 万吨二氧化碳。然而，宾夕法尼亚州立大学研究人员开发的一种名为”LionGlass”的新型玻璃有可能将碳排放量减少 50%。与传统的钠钙硅酸盐玻璃相比，这种创新玻璃不仅生产能耗大大降低，而且具有更强的抗破坏性。这一突破背后的科学家们最近提交了一份专利申请，标志着向市场推出 LionGlass 的第一步。
由宾夕法尼亚州立大学研究人员设计的一种新型玻璃 LionGlass 样品，与标准钠钙硅酸盐玻璃相比，这种玻璃的生产能耗要低得多，而且更耐用。图片来源：Adrienne Berard/宾夕法尼亚州立大学
宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系 Dorothy Pate Enright 教授兼该项目的首席研究员 John Mauro （约翰·毛罗）说：”我们的目标是使玻璃制造长期可持续发展。LionGlass消除了含碳批次材料的使用，并大大降低了玻璃的熔化温度”。
从窗户到玻璃餐具等日常用品中使用的普通玻璃–钠钙硅酸盐玻璃，是通过熔化三种主要材料制成的：石英砂、纯碱和石灰石。纯碱是碳酸钠，石灰石是碳酸钙，这两种物质在熔化过程中都会释放出二氧化碳（CO2），这是一种捕获热量的温室气体。在玻璃熔化过程中，碳酸盐分解成氧化物，产生二氧化碳，释放到大气中。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源。
毛罗解释说，使用 LionGlass 后，熔化温度降低了约 300 到 400 摄氏度，与传统钠钙玻璃相比，能耗大约减少了 30%。
LionGlass 不仅更环保，而且比传统玻璃更坚固。研究人员说，他们惊讶地发现，这种以宾夕法尼亚州立大学吉祥物”Nittany Lion”命名的新型玻璃，与传统玻璃相比，抗裂性明显更强。
研究小组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负荷下，玻璃也不会开裂。与标准钠钙玻璃相比，LionGlass 的抗裂性至少提高了 10 倍，标准钠钙玻璃在大约 0.1 千克力的负载下就会产生裂纹。研究人员解释说，LionGlass 的极限尚未发现，因为他们已经达到了压痕设备所允许的最大负荷。
毛罗实验室的博士后研究员尼克-克拉克说：”我们不断增加 LionGlass 的重量，直到达到设备允许的最大负荷，结果它根本不会开裂。”
抗裂性是测试玻璃最重要的品质之一，因为它是材料最终失效的原因。随着时间的推移，玻璃表面会出现微裂纹，成为薄弱点。当一块玻璃破碎时，就是因为已有的微裂纹造成了薄弱点。他补充说，首先能够防止微裂纹形成的玻璃尤为珍贵。
抗破坏性是玻璃的一项特别重要的特性，想想我们在汽车工业、电子工业、建筑和通信技术（如光纤电缆）等方面对玻璃强度的依赖。甚至在医疗保健领域，疫苗也储存在坚固的耐化学性玻璃包装中。
毛罗希望，LionGlass 强度的提高意味着用它制造的产品重量更轻。由于 LionGlass 的抗破坏性是目前玻璃的 10 倍，因此它可以大大减薄：”我们应该可以减小厚度，但仍能获得相同的抗破坏性。如果我们能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。甚至在下游运输方面，这也减少了运输玻璃所需的能源，因此对每个人来说都是双赢的”。
毛罗指出，研究团队仍在评估 LionGlass 的潜力。他们已经为整个玻璃家族提交了专利申请，这意味着 LionGlass 家族中有许多成分，每种成分都有其独特的性能和潜在的应用。目前，他们正在将 LionGlass 的各种成分暴露在一系列化学环境中，以研究其反应。研究结果将有助于研究小组更好地了解 LionGlass 在世界各地的应用。
“人类在 5000 多年前就学会了如何制造玻璃，从那时起，玻璃就成为现代文明发展到今天的关键，现在，我们正处于需要玻璃来帮助塑造未来的时刻，因为我们面临着环境问题、可再生能源、能源效率、医疗保健和城市发展等全球性挑战。玻璃可以在解决这些问题方面发挥至关重要的作用，我们已经准备好做出贡献。”
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