15 октября исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции успешно создали новый тип ультрастабильного и долговечного стекла с потенциальными приложениями, включая медицину, передовые цифровые экраны и технологию солнечных элементов. Исследование показало, что как смешивать несколько молекул (до восьми за раз) может создавать материал, который работает так же хорошо, как лучшие из известных в настоящее время агентов, образующих стекло.
Стекло, также известное как «аморфное твердое вещество», представляет собой материал без упорядоченной структуры на дальние расстояния-она не образует кристаллов. С другой стороны, кристаллические материалы представляют собой материалы с высоко упорядоченными и повторяющимися узорами.
Материал, который мы обычно называем «стеклом» в повседневной жизни, в основном основан на кремнеземах, но стекло можно изготовить из многих различных материалов. Поэтому исследователи всегда заинтересованы в поиске новых способов поощрения различных материалов для формирования этого аморфного состояния, что может привести к разработке новых очков с улучшенными свойствами и новыми приложениями. Новое исследование, недавно опубликованное в научном журнале «Science Advances», представляет собой важный шаг вперед для исследования.
Теперь, просто смешивая множество различных молекул, мы внезапно открыли потенциал для создания новых и лучших стеклянных материалов. Те, кто изучает органические молекулы, знают, что использование смеси двух или трех различных молекул может помочь сформировать стекло, но немногие могут ожидать, что добавление большего количества молекул достигнет таких превосходных результатов », - руководила исследовательской группой. Профессор Кристиан Мюллер из кафедры химии и химического машиностроения Ульмского университета.
Лучшие результаты для любого материала для формирования стекла
Когда жидкость охлаждается без кристаллизации, образуется стекло, процесс, называемый витрификацией. Использование смеси двух или трех молекул для содействия образованию стекла является зрелой концепцией. Тем не менее, влияние смешивания большого количества молекул на способность образовывать стекло уделяло мало внимания.
Исследователи проверили смесь целых восемь различных молекул перилен, которые одни имеют высокую хрупкость-эта характеристика связана с легкостью, с которой материал образует стекло. Но смешивание многих молекул вместе приводит к значительному снижению хрупкости и образует очень сильное стекло, прежнее с ультра-низкой хрупкостью.
«Бриттленность стекла, которое мы сделали в нашем исследовании, очень низкая, что представляет собой лучшую способность обрабатывать стекло. Мы измерили не только любой органический материал, но и полимеры и неорганические материалы (такие как объемное металлическое стекло). Результаты даже лучше обычного стекла. Способность к формированию стекла из оконного стекла является одним из лучших сформирователей стекла, которые мы знаем », - сказала Сандра Хульмарк, докторская студентка по химии и химической инженерии, и ведущий автор исследования.
Продлить срок службы продукта и сохранить ресурсы
Важными применениями для более стабильного органического стекла являются технологии отображения, такие как OLED -экраны и технологии возобновляемой энергии, такие как органические солнечные элементы.
«OLED состоят из стеклянных слоев светоизлучающих органических молекул. Если они более стабильны, это может увеличить долговечность OLED и, в конечном счете, долговечность дисплея », - объяснила Сандра Хульмарк.
Другое приложение, которое может выиграть от более стабильного стекла, - это лекарства. Аморфные препараты растворяются быстрее, что помогает быстро поглотить активное ингредиент при попадании. Следовательно, многие лекарства используют формы для формирования стекла. Для лекарств жизненно важно, чтобы стекловидное тело не кристаллизовалось с течением времени. Чем более стабильный стеклянный препарат, тем дольше срок годности препарата.
«Благодаря более стабильному стеклянному или новым материалам, образующим стекло, мы можем продлить срок службы большого количества продуктов, тем самым спасая ресурсы и экономику», - сказал Кристиан Мюллер.
«Витрификация смеси Xinyuanperylene с ультра-низкой хрупкостью» была опубликована в научном журнале «Научные достижения».
Время публикации: декабрь-06-2021