Molekylær blanding skaber superstabilt glas

Forskere ved Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, har haft succes med at skabe en ny type superstabil, holdbart glas med potentielle anvendelser lige fra medicin, avancerede digitale skærme, og solcelleteknologi. Undersøgelsen viser, hvordan blanding af flere molekyler - op til otte ad gangen - kan resultere i et materiale, der yder lige så godt som de bedst kendte glasdannere.

Et glas, også kendt som et "amorft fast stof, " er et materiale, der ikke har en langtrækkende ordnet struktur - det danner ikke en krystal. Krystallinske materialer på den anden side er dem med et højt ordnet og gentagende mønster. Det faktum, at et glas ikke indeholder krystaller, er det, der gør det nyttigt.

De materialer, som vi almindeligvis kalder "glas" i hverdagen, er for det meste siliciumdioxid-baserede, men glas kan dannes af mange forskellige materialer. Forskere er derfor altid interesserede i at finde nye måder at tilskynde forskellige materialer til at danne denne amorfe tilstand, hvilket potentielt kan føre til udvikling af nye glastyper med forbedrede egenskaber og nye anvendelsesmuligheder. Den nye undersøgelse, for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Videnskabens fremskridt , repræsenterer et vigtigt skridt fremad i denne søgen.

"Nu, vi har pludselig åbnet muligheden for at skabe nye og bedre glasagtige materialer, ved blot at blande mange forskellige molekyler. Dem, der arbejder med organiske molekyler, ved, at brug af blandinger af to eller tre forskellige molekyler kan hjælpe med at danne et glas, men få havde måske forventet, at tilføjelsen af ​​flere molekyler, og så mange, ville opnå sådanne overlegne resultater, " siger professor Christian Müller ved Institut for Kemi og Kemiteknik på Chalmers Universitet, der ledede forskerholdet bag undersøgelsen.

Bedste resultat for ethvert glasdannende materiale

Et glas dannes, når en væske køles ned uden at undergå krystallisation, en proces kaldet forglasning. Brugen af ​​blandinger af to eller tre molekyler til at fremme glasdannelse er et veletableret koncept. Imidlertid, indvirkningen af ​​at blande et væld af molekyler på evnen til at danne et glas har fået lidt opmærksomhed.

Forskerne eksperimenterede med en blanding af op til otte forskellige perylenmolekyler, som, individuelt, har en høj skrøbelighed - en egenskab relateret til, hvor let det er for et materiale at danne et glas. Men at blande de mange molekyler sammen resulterede i et væsentligt fald i skrøbelighed, og en meget stærk glasformer med ultralav skrøbelighed blev dannet.

"Skørheden af ​​glasset, vi lavede i undersøgelsen, er meget lav, repræsenterer den bedste glasdannende evne, der er blevet målt ikke kun for ethvert organisk materiale, men også polymerer og uorganiske materialer såsom bulk metalliske glas. Resultaterne er endda overlegne i forhold til glasformningsevnen hos almindelige vinduesglas, en af ​​de bedste glasformere, vi kender, siger Sandra Hultmark, doktorand ved Institut for Kemi og Kemiteknik og hovedforfatter på undersøgelsen.

Forlænger produktets levetid og sparer ressourcer

Vigtige anvendelser for mere stabile organiske briller er displayteknologier såsom OLED-skærme og vedvarende energiteknologier såsom organiske solceller.

"OLED'er er konstrueret med glasagtige lag af lysemitterende organiske molekyler. Hvis disse var mere stabile, kan det forbedre holdbarheden af ​​en OLED og i sidste ende skærmen, " forklarer Sandra Hultmark.

En anden applikation, der kan drage fordel af mere stabile briller, er lægemidler. Amorfe lægemidler opløses hurtigere, som hjælper med hurtig optagelse af den aktive ingrediens ved indtagelse. Derfor, mange lægemidler gør brug af glasdannende lægemiddelformationer. For lægemidler er det afgørende, at det glasagtige materiale ikke krystalliserer over tid. Jo mere stabilt det glasagtige lægemiddel, jo længere holdbarhed på medicinen.

"Med mere stabile glas eller nye glasformende materialer, vi kunne forlænge levetiden for et stort antal produkter, tilbyder besparelser i form af både ressourcer og økonomi, siger Christian Müller.

"Vitrifikation af oktonære perylenblandinger med ultralav skrøbelighed" er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Videnskabens fremskridt .