Velpakket organisk glas modstår bedre ændringer, når det udsættes for lys

Organisk glas er ikke det samme som glasset i vinduer — det organiske glas indeholder kulstof i en struktur, der let kan deformeres på grund af sollys. Det øverste skema viser en sammenligning af to sæt organiske glasfilm fremstillet ved to metoder og derefter udsat for lys, resulterer i farveændringer efter længere tid. På den højre side, filmen fremstillet ved afkøling af en væske (kaldet almindeligt glas, OG) skifter let farve, når den udsættes for lys (eller fotoreagerer). På venstre side, filmen fremstillet ved dampaflejring har en tætpakket molekylær struktur (kaldet stabilt glas, SG), der forhindrer fotoreaktionen og dermed nedbrydningen. Årsagen til farveændringen er afbildet i det nederste skema, der viser, at molekylstrukturen ændres som reaktion på lys. Kredit:Mark Ediger og Yue Qiu

For materialer i solceller, mobiltelefoner, og andre enheder, materialet bør ikke ændre sig på uønskede måder, når det udsættes for sollys. Forskere fastslog, hvordan to glas med samme sammensætning, men forskellige fremstillingsprocesser opførte sig, når de blev udsat for lys. Hvert glas havde en kulstofbaseret kemisk sammensætning. Dampaflejret organisk glas, hvor bestanddele blev fordampet og kombineret, efterhånden som de blev aflejret på en overflade for at danne et glas, var væsentligt mere stabilt end almindeligt organisk glas. I almindeligt glas, kemikalierne blev smeltet sammen og afkølet. Molekylerne i det dampaflejrede glas var tættere pakket end det væskekølede glas.

Kulstofbaseret glas bruges i visse former for elektronik såsom mobiltelefoner eller tv-skærme. Det bruges også i solceller og andre fotovoltaiske enheder. Tit, imidlertid, glasset nedbrydes, når det udsættes for lys. Holdets nye forståelse af, hvad der skaber fotostabilitet i glas, vil hjælpe med at forbedre levetiden for sådanne enheder.

En kritisk egenskab ved ethvert materiale, der anvendes i solceller, mobiltelefoner, eller anden elektronik, der udsættes for sollys, er fotostabilitet, et mål for, hvordan et materiale modstår ændringer i egenskaber og molekylær struktur, når det udsættes for lys. Et team af forskere fremstillede organisk glas ved dampaflejring, som tæt pakker de indgående molekyler. De vurderede fotostabiliteten gennem ændringer i tætheden og molekylær orientering af glasagtige tynde film efter eksponering for lys. De fandt ud af, at dampaflejring øger fotostabiliteten væsentligt - med en faktor på 50 - i forhold til det avancerede væskekølede glas i modelsystemet, et azobenzenderivat.

Selvom det er kendt, at pakning af molekyler tættere sammen forbedrer fotostabiliteten i krystallinske materialer, det er første gang, forskere så en væsentlig stigning i en sådan stabilitet i ikke-krystallinske, amorft glas. De viste, at fotostabilitet korrelerede med glasdensitet for tæthedsstigninger på op til 1,3 procent. De udførte molekylære simuleringer, som efterligner glasfremstilling og reaktionerne mellem molekylære strukturer. Simuleringerne viste, at glas med højere tæthed har væsentligt øget fotostabilitet. Den nye forståelse af, hvordan man opnår forbedret fotostabilitet, kan hjælpe med at designe bedre elektronik til skærme og fotovoltaiske enheder med længere levetid.

Sidste artikelAutonome maskiner kanter mod større uafhængighed

Næste artikelEnhedsdesign tillader en ti gange stigning i spinstrømme