Abbiamo incontrato John C. Mauro, Professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Pennsylvania State University (Penn State) di State College (Pennsylvania, USA). Lui è l’inventore e co-inventore di molte composizioni di vetro prodotte dalla Corning, come ad esempio il famoso Gorilla Glass. Quest’ultimo è un vetro sottile, leggero e molto resistente, utilizzato soprattutto per gli schermi degli smartphone e dei computer portatili. Inoltre, gli sono stati concessi 72 brevetti negli Stati Uniti e molti altri sono in fase di approvazione.
Attualmente, Mauro è il ricercatore capo del progetto LionGlass della Penn State. LionGlass è un vetro super resistente, circa 10 volte più resistente del vetro silicato sodo-calcico (il vetro convenzionale). In più, richiede molta meno energia per essere prodotto, addirittura il 30% in meno rispetto al comune vetro. Tuttavia, i limiti di questo vetro non sono ancora stati trovati, poiché nonostante i numerosi tentativi continua a non rompersi.
Sei l’inventore e co-inventore di diverse nuove composizioni di vetro per la Corning, inclusi i prodotti Gorilla Glass. Qual è il segreto per creare una composizione in vetro leggera e molto resistente, come il Gorilla Glass? Dipende tutto dagli ingredienti che inserisci?
Il fattore più importante è la composizione chimica del vetro. Gli ingredienti del vetro devono essere scelti con cura per ottenere le proprietà desiderate, come ad esempio l’elevata resistenza, la trasparenza ottica, la durabilità chimica, ecc. Un altro fattore importante è la lavorazione, poiché le proprietà di un vetro possono variare a seconda della velocità con cui viene raffreddato dallo stato fuso. Ulteriori fasi di lavorazione possono essere utilizzate anche dopo la formazione del vetro per migliorare ulteriormente le proprietà. Per quanto riguarda il Gorilla Glass prodotto dalla Corning, gli articoli di vetro vengono rinforzati chimicamente immergendoli in un bagno di sale fuso. Il risultante processo di scambio ionico crea uno strato di sollecitazione di compressione sulla superficie del Gorilla Glass, che ne migliora notevolmente la resistenza.
Quali sono i problemi più importanti nella scienza e nell’ingegneria del vetro?
Il vetro può essere considerato un materiale non in equilibrio, poiché non è né un vero solido e né un vero liquido. Chiaramente, tutto questo rende particolarmente difficile comprendere la fisica fondamentale dello stato vetroso. Un’altra sfida è sviluppare un metodo per scoprire e ottimizzare nuove caratteristiche chimiche del vetro per raggiungere i valori delle proprietà target. Dal punto di vista ingegneristico, sono necessari nuovi vetri per affrontare le sfide globali nel campo della sanità, dell’energia rinnovabile, dello stoccaggio dell’energia e della sostenibilità ambientale.
Credit: MIT Materials Science and Engineering (DMSE)
Ho letto che la tua invenzione, chiamata LionGlass, ridurrà le emissioni di carbonio e sarà molto più resistente. Quali sono le caratteristiche più importanti di LionGlass? Come riesce a non inquinare l’ambiente e ad essere molto resistente?
LionGlass è una composizione di vetro della Penn State in attesa di brevetto che offre, per la prima volta, un’alternativa al vetro silicato sodo-calcico (il vetro convenzionale). Inoltre, è in grado di ridurre del 50% le emissioni di carbonio prodotte dall’industria del vetro. LionGlass raggiunge questo obiettivo abbassando la temperatura di fusione dei prodotti in vetro di uso quotidiano di 400°C, ed eliminando l’uso di materiali batch a base di carbonato. E non solo: la nuova creazione della Penn State aumenta di 10 volte la resistenza ai danni rispetto alla calce sodata, e questo grande risultato consente di alleggerire i prodotti in vetro.
È vero che LionGlass è così resistente che non siete riusciti a romperlo? Qual è il suo carico massimo?
LionGlass raggiunge la sua notevole robustezza grazie alla resistenza intrinseca ai danni, ovvero la capacità del vetro di deformarsi plasticamente sotto un carico prima che si formino le crepe. Infatti, LionGlass ha una resistenza ai danni così elevata che non siamo riusciti a trovare la soglia di innesco della prima crepa fino a 1 kgf (chilogrammo forza), utilizzando un microindentatore in diamante Vickers.
Credits: Adrienne Berard / Penn State
Quale sarà il futuro di LionGlass? Potrebbe essere utilizzato nelle missioni spaziali o per aiutare gli ingegneri e gli architetti sulla Terra?
La più grande promessa di LionGlass è aiutare il nostro pianeta natale, la Terra: il nuovo vetro della Penn State è in grado di ridurre l’impronta di carbonio prodotta dall’industria del vetro di circa il 50%. Inoltre, LionGlass rappresenta un passo importante verso la produzione di un vetro sostenibile e verso il rispetto della nostra Madre Terra. Pertanto, i prossimi passi sono la creazione di una partnership con le aziende produttrici di vetro e i loro clienti, affinché si possa lavorare verso un’espansione e una commercializzazione di successo.
- Cover image: John Mauro (central photo: matse.psu.edu); side photo: Penn State University YouTube (first image) / psu.edu (second image)