Umweltfreundliches Glas, das schwer zu zerbrechen ist

Am Telefon herrscht Gelächter, als John Mauro einem seiner Schüler meine Frage stellt: Wie viel Hämmern ist nötig, um das neue Glas, das sie entwickelt haben, zu zerbrechen?

„Man muss seinen Körper hineinstecken“, sagt Professor Mauro von der Penn State University, der beschreibt, wie das Glas zunächst mit einem Diamantstift oder Wolframkarbid tief zerkratzt und dann von einem Postdoktoranden gehämmert werden muss. Hammer.

Professor Mauro behauptet, dass die Erfindung mit dem Namen LionGlass zehnmal stärker ist als Standardglas. Stellen Sie sich eine Flasche Wein vor, die intakt ist, auch nachdem sie auf den Küchenfliesenboden gefallen ist.

Über LionGlass sind jedoch nur wenige Details verfügbar, da die Forschungsergebnisse noch nicht in einer Fachzeitschrift veröffentlicht wurden und das Team kürzlich einen Patentantrag eingereicht hat.

Ein wichtiges Detail ist, dass für die Herstellung dieses Glases im Gegensatz zu Standardglas weder Soda noch Kalkstein erforderlich sind. Alternative Inhaltsstoffe sind derzeit ein streng gehütetes Geheimnis.

Die Leute waren Glasherstellung seit Tausenden von Jahren. Aufgrund seiner juwelenähnlichen Eigenschaften und der Tatsache, dass es in komplizierte Formen gebracht werden kann, hatte es schon immer eine Achillesferse: Es zerbricht. Aber vielleicht nicht mehr lange.

Von Autowindschutzscheiben bis hin zu Champagnergläsern gibt es unzählige Anwendungen, die von noch haltbarerem Glas profitieren könnten.

Es gibt einen großen Wettbewerb darum, wer das stärkste und nachhaltigste Glas zu einem vernünftigen Preis herstellen kann. Es kann die Welt verändern.

„Wenn wir wirklich Einfluss auf den CO2-Fußabdruck haben wollen, müssen wir uns mit Natronkalksilikat befassen“, sagt Professor Mauro.

Soda und Kalkstein setzen beim Erhitzen mit Quarzsand – ein gängiges Rezept für Glas – Kohlendioxid (CO2) frei und der Herstellungsprozess erfordert hohe Temperaturen und verbraucht viel Energie.

Im Gegensatz dazu verwendet LionGlass diese kohlenstoffreichen Materialien nicht und hat Produktionstemperaturen unter 300 °C bis 400 °C.

Der Haken daran ist, dass Glas aufgrund seiner geringeren thermischen Toleranz als anderes Glas nicht für stark nachgefragte Smartphone- oder Tablet-Bildschirme verwendet werden kann.

Dazu muss das Glas den hohen Temperaturen während des Produktionsprozesses standhalten.

„Ändert das Glas dabei seine Abmessungen, kann es tatsächlich zu einer Fehlausrichtung der Pixel kommen“, sagt Professor Mauro.

Aber LionGlass könnte noch viele andere Verwendungszwecke haben – zum Beispiel Glasbesteck und Fenster in Gebäuden.

Bestehende Glasherstellungsanlagen sollten in der Lage sein, es herzustellen, ohne ihre Ausrüstung zu ändern, und Glas erfordert nach der Herstellung keine weiteren Arbeiten. Seine Stärke, sagt Professor Mauro, sei „eine inhärente Eigenschaft der Glasstruktur“.

LionGlass könnte „überall dort, wo man Glas sieht“ Auswirkungen haben – außer bei Smartphones – sagt Robert Ritchie von der University of California, Berkeley.

Professor Ricci und seine Kollegen haben ein undurchsichtiges Glas entwickelt, das stärker als Stahl ist Vor fast einem Jahrzehnt.

Eine neue Art von Glas könnte Architekten dabei helfen, die Verwendung des Materials zu überdenken, sagt Cheryl Atkinson von Atkinson Architect in Kanada. Da LionGlass so stark ist, können beispielsweise viel dünnere Fensterscheiben verwendet werden.

„Dies würde sicherlich das Gewicht der Isolier- oder Dreifachverglasungen reduzieren“, stellt sie fest und weist darauf hin, dass dadurch die mit dem Glastransport verbundenen Kohlendioxidemissionen verringert würden.

Ein Problem der aktuellen Fenstertechnologie besteht jedoch darin, dass die Kunststoffdichtungen an den Kanten von Doppel- oder Dreifachverglasungen häufig nach einigen Jahrzehnten versagen – dabei kommt es nicht nur auf die Qualität des Glases selbst an.

Darüber hinaus erkennen Architekten, darunter auch Frau Atkinson, die Bedeutung der Energieeffizienz an und verwenden in ihren Entwürfen weniger Glas, um den Wärmeverlust von Gebäuden im Winter zu reduzieren und eine übermäßige Erwärmung der Innenräume an sonnigen Tagen zu verhindern.

Professor Mauros früherer Arbeitgeber Corning, bekannt für das Gorilla-Glas, das in Smartphones, Tablets und Fernsehbildschirmen verwendet wird, stellt auch andere Produkte her, beispielsweise Glas für extrem robuste Medikamentenfläschchen – unter anderem für Covid-19-Impfstoffe – und Architekturglas für Gebäude.

Jaimin Amin, Chief Technology Officer von Corning, sagte der BBC, das Unternehmen habe ein Projekt auf der Suche nach „sehr hochwertigen“ energieeffizienten Fenstern.

Eine Möglichkeit, dies zu nutzen, besteht darin, eine sehr dünne Glasschicht zwischen zwei Scheiben herkömmlicher Fenster aufzutragen, um dreifach verglaste Einheiten herzustellen, die dünner und leichter als aktuelle Fenster sind, sagt er.

Im Juli meldete Corning in einer vierteljährlichen Gewinnaktualisierung eine schwache Smartphone-Nachfrage.

Dennoch sagt Amin, dass Unterhaltungselektronik weiterhin ein wichtiger Wachstumsbereich für das Unternehmen sei.

Laut Corning verwenden Smartphone-Hersteller Glas sowohl für das Gehäuse ihrer Geräte als auch für die Bildschirme, auch weil dies Telefonen dabei hilft, hochfrequente 5G-Signale zu empfangen und zu übertragen.

Unterdessen verbessert sich die Haltbarkeit weiter.

Das Victus 2 Gorilla Glass, das Corning letztes Jahr auf den Markt gebracht hat, kann Stürze aus einem Meter Höhe auf Beton überstehen. „Es war das erste Mal, dass wir einen Becher mit zertifiziertem Recyclinganteil hatten“, sagt Dr. Amin. „Wir bewegen uns immer mehr in diese Richtung.“

Einer der Vorteile des Glasrecyclings sind die niedrigeren Temperaturen, die zur Herstellung des neuen Produkts erforderlich sind, wodurch die CO2-Emissionen reduziert werden.

William Kerwin, Analyst bei Morningstar Research Services, unterstreicht den Erfolg von Corning im Glasgeschäft und sagt, dass das Unternehmen mehr als die Hälfte des Marktes für Glas hält, das in immer beliebter werdenden Großbildfernsehern verwendet wird.

Eine schnell wachsende Anwendung von Glas sind Sonnenkollektoren. „Dies ist ein Ort, an dem ich glaube, wenn Sie mich vor fünf Jahren gefragt hätten, nicht einmal angerufen hätte“, sagt Kerwin. „Jetzt ist es definitiv ein viel größeres Geschäft für die Glasindustrie.“

Er fügt hinzu, dass Hersteller von Solarmodulen nach stärkerem und dünnerem Glas suchen, um das Gewicht der Module zu reduzieren.

Ben Wood von CCS Insight sagt, dass Smartphones weiterhin ein wichtiger Innovationsbereich bleiben werden.

Beispielsweise müssen faltbare Telefone „im Laufe der Lebensdauer des Geräts Zehntausende oder Hunderttausende Falten aushalten“, sagt er.

Verbraucher seien immer noch besorgt darüber, ob faltbare Telefone wirklich leistungsstark genug seien, sagt er.

„Ein Traum ist ein unzerbrechliches Glas“, fügt Wood hinzu – was auch heute noch ein Traum bleibt.