在全球範圍內，玻璃製造業每年至少排放8600 萬噸二氧化碳。然而，賓夕法尼亞州立大學研究人員開發的一種名為”LionGlass”的新型玻璃有可能將碳排放量減少50%。與傳統的鈉鈣矽酸鹽玻璃相比，這種創新玻璃不僅生產能耗大大降低，而且具有更強的抗破壞性。這一突破背後的科學家們最近提交了一份專利申請，標誌著向市場推出LionGlass 的第一步。

由賓夕法尼亞州立大學研究人員設計的一種新型玻璃LionGlass 樣品，與標準鈉鈣矽酸鹽玻璃相比，這種玻璃的生產能耗要低得多，而且更耐用。圖片來源：Adrienne Berard/賓夕法尼亞州立大學

賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程系Dorothy Pate Enright 教授兼該項目的首席研究員John Mauro （約翰·毛羅）說：”我們的目標是使玻璃製造長期可持續發展。LionGlass消除了含碳批次材料的使用，並大大降低了玻璃的熔化溫度”。

從窗戶到玻璃餐具等日常用品中使用的普通玻璃–鈉鈣矽酸鹽玻璃，是通過熔化三種主要材料製成的：石英砂、純鹼和石灰石。純鹼是碳酸鈉，石灰石是碳酸鈣，這兩種物質在熔化過程中都會釋放出二氧化碳（CO2），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，產生二氧化碳，釋放到大氣中。但大部分二氧化碳排放來自將熔爐加熱到熔化玻璃所需的高溫所需的能源。

毛羅解釋說，使用LionGlass 後，熔化溫度降低了約300 到400 攝氏度，與傳統鈉鈣玻璃相比，能耗大約減少了30%。

LionGlass 不僅更環保，而且比傳統玻璃更堅固。研究人員說，他們驚訝地發現，這種以賓夕法尼亞州立大學吉祥物”Nittany Lion”命名的新型玻璃，與傳統玻璃相比，抗裂性明顯更強。

研究小組的一些玻璃成分具有很強的抗裂性，即使在維氏金剛石壓頭施加一公斤力的負荷下，玻璃也不會開裂。與標準鈉鈣玻璃相比，LionGlass 的抗裂性至少提高了10 倍，標準鈉鈣玻璃在大約0.1 千克力的負載下就會產生裂紋。研究人員解釋說，LionGlass 的極限尚未發現，因為他們已經達到了壓痕設備所允許的最大負荷。

毛羅實驗室的博士後研究員尼克-克拉克說：”我們不斷增加LionGlass 的重量，直到達到設備允許的最大負荷，結果它根本不會開裂。”

抗裂性是測試玻璃最重要的品質之一，因為它是材料最終失效的原因。隨著時間的推移，玻璃表面會出現微裂紋，成為薄弱點。當一塊玻璃破碎時，就是因為已有的微裂紋造成了薄弱點。他補充說，首先能夠防止微裂紋形成的玻璃尤為珍貴。

抗破壞性是玻璃的一項特別重要的特性，想想我們在汽車工業、電子工業、建築和通信技術（如光纖電纜）等方面對玻璃強度的依賴。甚至在醫療保健領域，疫苗也儲存在堅固的耐化學性玻璃包裝中。

毛羅希望，LionGlass 強度的提高意味著用它製造的產品重量更輕。由於LionGlass 的抗破壞性是目前玻璃的10 倍，因此它可以大大減薄：”我們應該可以減小厚度，但仍能獲得相同的抗破壞性。如果我們能生產出重量更輕的產品，那對環境就更好了，因為我們使用的原材料更少，生產所需的能源也更少。甚至在下游運輸方面，這也減少了運輸玻璃所需的能源，因此對每個人來說都是雙贏的”。

毛羅指出，研究團隊仍在評估LionGlass 的潛力。他們已經為整個玻璃家族提交了專利申請，這意味著LionGlass 家族中有許多成分，每種成分都有其獨特的性能和潛在的應用。目前，他們正在將LionGlass 的各種成分暴露在一系列化學環境中，以研究其反應。研究結果將有助於研究小組更好地了解LionGlass 在世界各地的應用。

“人類在5000 多年前就學會瞭如何製造玻璃，從那時起，玻璃就成為現代文明發展到今天的關鍵，現在，我們正處於需要玻璃來幫助塑造未來的時刻，因為我們面臨著環境問題、可再生能源、能源效率、醫療保健和城市發展等全球性挑戰。玻璃可以在解決這些問題方面發揮至關重要的作用，我們已經準備好做出貢獻。”