Forskere producerer omkostningseffektive, miljøvenligt glasmateriale

Glas er allestedsnærværende i højteknologiske produkter inden for optik, telekommunikation, kemi og medicin, og i hverdagsgenstande som flasker og vinduer. Imidlertid, formglas er hovedsageligt baseret på processer som smeltning, slibning eller ætsning. Disse processer er årtier gamle, teknologisk krævende, energikrævende og stærkt begrænset i forhold til de former, der kan realiseres. For første gang, et team ledet af Prof. Dr. Bastian E. Rapp fra Laboratory of Process Technology ved Institut for Mikrosystemteknik ved Universitetet i Freiburg, i samarbejde med den Freiburg-baserede start-up Glassomer, har udviklet en proces, der gør det muligt at danne glas nemt, hurtigt og i næsten enhver form ved hjælp af sprøjtestøbning. Forskerne præsenterede deres resultater i tidsskriftet Videnskab .

"I årtier, glas har ofte været det andet valg, når det kommer til materialer i fremstillingsprocesser, fordi dets dannelse er for kompliceret, energikrævende og uegnet til fremstilling af højopløselige strukturer, " forklarer Rapp. "Polymerer, på den anden side, har tilladt alt dette, men deres fysiske, optisk, kemiske og termiske egenskaber er ringere end glas. Som resultat, vi har kombineret polymer- og glasbearbejdning. Vores proces vil give os mulighed for hurtigt og omkostningseffektivt at erstatte både masseproducerede produkter og komplekse polymerstrukturer og komponenter med glas."

Sprøjtestøbning er den vigtigste proces i plastindustrien og muliggør hurtig og omkostningseffektiv produktion af komponenter i såkaldt high-throughput i næsten enhver form og størrelse. Gennemsigtigt glas kunne ikke støbes i denne proces indtil nu. Med den nyudviklede Glassomer sprøjtestøbningsteknologi fra et specielt granulat designet internt, det er nu også muligt at støbe glas med høj kapacitet ved kun 130 °C. De sprøjtestøbte komponenter fra 3D-printeren omdannes derefter til glas i en varmebehandlingsproces:Resultatet er rent kvartsglas. Denne proces kræver mindre energi end konventionel glassmeltning, resulterer i energieffektivitet. De formede glaskomponenter har en høj overfladekvalitet, så efterbehandlingstrin såsom polering ikke er påkrævet.

De nye designs muliggjort af Glassomers glassprøjtestøbningsteknologi har en bred vifte af applikationer fra datateknologi, optik og solteknologi til en såkaldt lab-on-a-chip og medicinsk teknologi. "Vi ser et stort potentiale især for små højteknologiske glaskomponenter med komplicerede geometrier. Udover gennemsigtighed, den meget lave udvidelseskoefficient for kvartsglas gør også teknologien interessant. Sensorer og optik fungerer pålideligt ved enhver temperatur, hvis nøglekomponenterne er lavet af glas, " forklarer Dr. Frederik Kotz, gruppeleder ved Laboratoriet for Procesteknologi og Chief Scientific Officer (CSO) på Glassomer. "Vi har også kunnet vise, at mikro-optiske glasbelægninger kan øge effektiviteten af ​​solceller. Denne teknologi kan nu bruges til at producere omkostningseffektive højteknologiske belægninger med høj termisk stabilitet. Der er en række kommercielle muligheder mht. det."

Holdet omkring Frederik Kotz og Markus Mader, en ph.d.-studerende ved Laboratoriet for Procesteknologi, løst tidligere eksisterende problemer inden for sprøjtestøbning af glas såsom porøsitet og partikelslid. Ud over, nøgleprocestrin i den nye metode blev designet til at bruge vand som basismateriale, gør teknologien mere miljøvenlig og bæredygtig.