Kaca ramah lingkungan yang sulit pecah

Ada gelak tawa di telepon saat John Mauro mengajukan pertanyaan saya kepada salah satu muridnya: Berapa banyak palu yang diperlukan untuk memecahkan kaca baru yang telah mereka kembangkan?

“Anda harus memasukkan tubuh Anda ke dalamnya,” kata Profesor Mauro, dari Penn State, yang menjelaskan bagaimana kaca pertama-tama harus digores dalam-dalam dengan pena berlian atau karbida tungsten – dan kemudian dipalu oleh seorang mahasiswa pascadoktoral. Palu.

Profesor Mauro mengklaim bahwa penemuannya, yang disebut LionGlass, sepuluh kali lebih kuat dari kaca standar. Bayangkan sebotol anggur utuh, bahkan setelah dijatuhkan di lantai keramik dapur.

Namun, sedikit detail yang tersedia tentang LionGlass karena penelitian tersebut belum dipublikasikan dalam jurnal peer-review, dan tim baru-baru ini mengajukan permohonan paten.

Satu detail utama adalah, tidak seperti kaca standar, produksi kaca ini tidak memerlukan abu soda atau batu kapur. Bahan alternatif saat ini adalah rahasia yang dijaga ketat.

Orang-orang telah Membuat kaca selama ribuan tahun. Karena sifatnya yang seperti permata dan fakta bahwa ia dapat dibentuk menjadi bentuk yang rumit, ia selalu memiliki kelemahan: ia hancur. Tapi mungkin tidak untuk waktu yang lama.

Dari kaca depan mobil hingga seruling sampanye, tidak ada habisnya aplikasi yang mungkin mendapat manfaat dari kaca yang lebih tahan lama.

Ada banyak persaingan mengenai siapa yang dapat membuat kaca yang paling kuat dan berkelanjutan dengan harga yang wajar. Itu bisa mengubah dunia.

“Jika kita benar-benar ingin berdampak pada jejak karbon, kita perlu mengatasi silikat soda-kapur,” kata Profesor Mauro.

Soda abu dan batu kapur melepaskan karbon dioksida (CO2) saat dipanaskan dengan pasir kuarsa—resep umum untuk kaca—dan proses pembuatannya membutuhkan suhu tinggi, menggunakan banyak energi.

Sebaliknya, LionGlass tidak menggunakan bahan kaya karbon ini dan memiliki suhu produksi di bawah 300°C hingga 400°C.

Tangkapannya adalah karena kaca memiliki toleransi termal yang lebih rendah daripada kaca lainnya, maka tidak dapat digunakan untuk layar smartphone atau tablet, yang banyak diminati.

Untuk melakukan ini, kaca harus mampu menangani suhu tinggi selama proses produksi.

“Jika kaca mengubah dimensinya selama proses ini, pikselnya sebenarnya bisa tidak sejajar,” kata Profesor Mauro.

Tapi LionGlass bisa memiliki banyak kegunaan lain – alat makan kaca dan jendela di gedung, misalnya.

Fasilitas pembuatan kaca yang ada harus dapat membuatnya tanpa mengganti peralatannya dan kaca tidak memerlukan pekerjaan lebih lanjut setelah dibuat. Kekuatannya, kata Profesor Mauro, adalah “sifat yang melekat pada struktur vitreous”.

LionGlass dapat berdampak “di mana pun Anda melihat kaca” — kecuali di telepon pintar — kata Robert Ritchie dari University of California, Berkeley.

Profesor Ricci dan rekannya telah mengembangkan kaca buram yang lebih kuat dari baja Hampir satu dekade lalu.

Jenis kaca baru dapat membantu arsitek memikirkan kembali bagaimana mereka menggunakan bahan tersebut, kata Cheryl Atkinson, dari Arsitek Atkinson di Kanada. LionGlass, karena sangat kuat, dapat memungkinkan panel jendela yang lebih tipis, misalnya.

“Ini tentu akan mengurangi berat unit kaca berinsulasi atau rangkap tiga,” catatnya, mencatat bahwa hal ini akan mengurangi emisi karbon dioksida yang terkait dengan pengangkutan kaca.

Namun, satu masalah dengan teknologi jendela saat ini adalah bahwa segel plastik di sekitar tepi unit kaca ganda atau tiga sering rusak setelah beberapa dekade – ini bukan tentang kualitas kaca itu sendiri.

Selain itu, menyadari pentingnya efisiensi energi, arsitek, termasuk Ibu Atkinson, menggunakan lebih sedikit kaca dalam desain mereka untuk mengurangi kehilangan panas dari bangunan di musim dingin dan mencegah pemanasan berlebihan di ruang dalam ruangan pada hari cerah.

Mantan majikan Profesor Mauro, Corning, yang terkenal dengan Gorilla Glass yang digunakan pada smartphone, tablet, dan layar TV, membuat produk lain seperti kaca untuk botol obat yang sangat kuat – termasuk untuk vaksin Covid-19 – dan kaca arsitektural untuk bangunan.

Jaimin Amin, chief technology officer Corning, mengatakan kepada BBC bahwa perusahaan memiliki proyek mencari jendela hemat energi “berkualitas sangat tinggi”.

Salah satu cara yang dapat digunakan adalah dengan mengaplikasikan lapisan kaca yang sangat tipis di antara dua panel jendela tradisional untuk membuat unit berlapis tiga yang lebih tipis dan lebih ringan dari jendela saat ini, katanya.

Pada bulan Juli, Corning melaporkan permintaan ponsel cerdas yang lemah dalam pembaruan pendapatan triwulanan.

Meski begitu, Amin mengatakan elektronik konsumen tetap menjadi area pertumbuhan utama bagi perusahaan.

Pembuat smartphone menggunakan kaca untuk badan perangkat mereka, serta layar, sebagian karena ini membantu ponsel menerima dan mengirimkan sinyal 5G frekuensi tinggi, kata Corning.

Sementara itu, daya tahan terus meningkat.

Victus 2 Gorilla Glass yang diluncurkan Corning tahun lalu dapat bertahan jika dijatuhkan ke beton dari ketinggian satu meter. “Ini adalah pertama kalinya kami memiliki cangkir dengan konten daur ulang bersertifikat,” kata Dr. Amin. “Kami semakin bergerak ke arah ini.”

Salah satu manfaat daur ulang kaca adalah suhu yang lebih rendah yang dibutuhkan untuk membuat produk baru, yang mengurangi emisi karbon.

William Kerwin, seorang analis Morningstar Research Services, menggarisbawahi keberhasilan Corning dalam bisnis kaca, dengan mengatakan bahwa Corning memiliki lebih dari separuh pasar untuk kaca yang digunakan di televisi layar lebar yang semakin populer.

Salah satu aplikasi kaca yang berkembang pesat adalah panel surya. “Ini adalah tempat di mana saya pikir jika Anda bertanya kepada saya lima tahun lalu, saya bahkan tidak akan menelepon,” kata Kerwin. “Sekarang ini jelas merupakan kesepakatan yang jauh lebih besar untuk industri kaca.”

Dia menambahkan bahwa produsen panel surya sedang mencari kaca yang lebih kuat dan lebih tipis sehingga dapat mengurangi bobot panel.

Ben Wood, dari CCS Insight, mengatakan smartphone akan terus menjadi area penting untuk inovasi.

Misalnya, ponsel yang dapat dilipat harus tahan “puluhan ribu atau ratusan ribu lipatan selama masa pakai perangkat”, katanya.

Konsumen masih khawatir apakah ponsel lipat benar-benar cukup bertenaga, katanya.

“Mimpi adalah kaca yang tidak bisa dipecahkan,” tambah Wood – yang tetap menjadi mimpi bahkan sampai sekarang.