未來的新型玻璃：從實驗室到市場的轉(zhuǎn)變

在2023年，一支研究團隊發(fā)明并開發(fā)了一種全新的玻璃材料，該材料的生產(chǎn)所需的能源明顯少于標準的蘇打石灰硅酸鹽玻璃，并且具有更高的抗損性。自從7月份宣布這一發(fā)現(xiàn)以來，該團隊已與全球各地的公司建立了合作伙伴關(guān)系，包括主要的玻璃制造商和玻璃行業(yè)的客戶。團隊現(xiàn)在正在與行業(yè)合作測試這種被稱為獅玻的材料在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用。

玻璃的制造過程涉及將一系列材料加熱到熔融溫度，然后迅速冷卻這種高溫液體，這個過程被稱為“淬火”。這種快速的轉(zhuǎn)變不給原子足夠的時間或能量來組織成固態(tài)物質(zhì)的高度有序的晶格結(jié)構(gòu)。相反，它們保持無序，就像流動液體中的分子一樣，但位置固定，像固體一樣。

盡管玻璃已經(jīng)使用了許多世紀，但科學家們?nèi)匀徊磺宄Ａг谠訉用嫔鲜侨绾喂ぷ鞯?。玻璃屬于一種稱為非晶體物質(zhì)的物質(zhì)類別，這包括其他在日常生活中無處不在的材料，如塑料、橡膠、凝膠和焦油。

為了減少碳排放，研究團隊找到了一種新的標準玻璃配方。蘇打灰是碳酸鈉，石灰石是碳酸鈣，兩者都釋放二氧化碳，這是一種捕獲熱量的溫室氣體。在玻璃熔化過程中，碳酸鹽分解成氧化物并產(chǎn)生二氧化碳，這些二氧化碳被釋放到大氣中。

但是，大部分的碳排放來自于加熱爐子到熔化玻璃所需的高溫的能源——約為2,700華氏度或1,480攝氏度。對于獅玻，熔化溫度降低了大約300到400攝氏度，這導致與傳統(tǒng)的蘇打石灰玻璃相比，能源消耗減少了大約30%。

全球玻璃制造每年至少產(chǎn)生86百萬噸的二氧化碳。獅玻的生產(chǎn)沒有使用基于碳的材料，并且熔點更低，有望將這一碳足跡減少一半。

玻璃在工業(yè)、藝術(shù)和文化的進步中起到了關(guān)鍵作用。盡管如此，科學家們?nèi)匀粵]有清晰地了解玻璃在原子層面上是如何工作的。

當涉及到獅玻時，團隊現(xiàn)在正根據(jù)行業(yè)的指示行事。自從7月份宣布這一發(fā)現(xiàn)以來，實驗室已與全球各地的公司建立了合作伙伴關(guān)系。團隊現(xiàn)在正在與行業(yè)合作測試獅玻在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用。

獅玻不僅對環(huán)境友好，而且比傳統(tǒng)的玻璃更強。事實上，某些獅玻的組成具有如此強的抗裂性，以至于玻璃不會破裂，即使在Vickers鉆石壓頭的一千克力的負載下，這是一種用于確定材料韌性的科學儀器。

當他計算數(shù)據(jù)時，他發(fā)現(xiàn)獅玻的抗裂性至少是標準的蘇打石灰玻璃的10倍，后者在大約0.1公斤的力下形成裂縫。他補充說，尚未發(fā)現(xiàn)獅玻的抗裂性的極限，因為他們達到了壓痕設(shè)備允許的最大負載。

更強的玻璃也意味著更薄的玻璃，這對環(huán)境來說是個好消息，因為獅玻的重量可能比傳統(tǒng)的玻璃輕10倍，運輸時所需的排放量遠遠減少。