Den 15 oktober har forskare vid Chalmers University of Technology i Sverige framgångsrikt skapat en ny typ av ultra-stabilt och hållbart glas med potentiella applikationer inklusive medicin, avancerade digitala skärmar och solcellsteknologi. Studien visade att hur man blandar flera molekyler (upp till åtta åt gången) kan producera ett material som fungerar lika bra som de bästa glasformande agenterna som för närvarande är kända.
Glas, även känt som "amorft fast ämne", är ett material utan en långsiktig ordnad struktur-det bildar inte kristaller. Å andra sidan är kristallina material material med mycket ordnade och upprepande mönster.
Materialet som vi vanligtvis kallar "glas" i det dagliga livet är mestadels baserat på kiseldioxid, men glas kan tillverkas av många olika material. Därför är forskare alltid intresserade av att hitta nya sätt att uppmuntra olika material att bilda detta amorfa tillstånd, vilket kan leda till utveckling av nya glasögon med förbättrade egenskaper och nya tillämpningar. Den nya forskningen som nyligen publicerades i Scientific Journal "Science Advances" representerar ett viktigt steg framåt för forskningen.
Nu, genom att helt enkelt blanda många olika molekyler, öppnade vi plötsligt potentialen att skapa nya och bättre glasmaterial. De som studerar organiska molekyler vet att användning av en blandning av två eller tre olika molekyler kan hjälpa till att bilda glas, men få kan förvänta sig att tillsats av fler molekyler kommer att uppnå så utmärkta resultat, ”ledde forskarteamet forskningen. Professor Christian Müller från avdelningen för kemi och kemiteknik vid ULMS University sa.
Bästa resultat för något glasformat material
När vätskan kyls utan kristallisation bildas glas, en process som kallas förglasning. Användningen av en blandning av två eller tre molekyler för att främja bildning av glas är ett moget koncept. Effekten av att blanda ett stort antal molekyler på förmågan att bilda glas har emellertid fått liten uppmärksamhet.
Forskarna testade en blandning av så många som åtta olika perylenmolekyler, som enbart har en hög sprödhet-detta karakteristik är relaterad till den lätthet som materialet bildar glas. Men blandning av många molekyler leder till en betydande minskning av sprödhet och bildar ett mycket starkt glas som är tidigare med ultralåga sprödhet.
”Brittlenessen i det glas vi gjorde i vår forskning är mycket låg, vilket representerar den bästa glasbildande förmågan. Vi har mätt inte bara något organiskt material utan också polymerer och oorganiska material (såsom bulkmetallglas). Resultaten är ännu bättre än vanligt glas. Glasformningsförmågan hos fönsterglas är en av de bästa glasformarna som vi känner, ”sa Sandra Hultmark, en doktorand vid institutionen för kemi och kemiteknik och huvudförfattaren till studien.
Förlänga produktlivslivet och spara resurser
Viktiga applikationer för mer stabilt organiskt glas är skärmteknologier som OLED -skärmar och förnybar energiteknik som organiska solceller.
”OLED: er består av glasskikt av ljusemitterande organiska molekyler. Om de är mer stabila kan det öka hållbarheten för OLED och i slutändan av hållbarheten på skärmen, förklarade Sandra Hultmark.
En annan applikation som kan dra nytta av mer stabilt glas är läkemedel. Amorfa läkemedel upplöses snabbare, vilket hjälper till att snabbt absorbera den aktiva ingrediensen när de intas. Därför använder många läkemedel glasbildande läkemedelsformer. För läkemedel är det viktigt att det glasartade materialet inte kristalliseras över tid. Ju mer stabilt det glasartade läkemedlet, desto längre hållbarhet för läkemedlet.
"Med mer stabilt glas eller nya glasformningsmaterial kan vi förlänga livslängden för ett stort antal produkter och därmed spara resurser och ekonomi," sade Christian Müller.
"Vitning av Xinyuanperylenblandning med ultra-låg sprödhet" har publicerats i den vetenskapliga tidskriften "Science Advances".
Posttid: dec-06-2021