На 15 октомври изследователи от Технологичния университет Чалмърс в Швеция успешно създадоха нов тип ултрастабилно и издръжливо стъкло с потенциални приложения, включително медицина, усъвършенствани цифрови екрани и технология за слънчеви клетки.Проучването показа, че смесването на множество молекули (до осем наведнъж) може да произведе материал, който се представя толкова добре, колкото и най-добрите известни в момента агенти за образуване на стъкло.
Стъклото, известно още като „аморфно твърдо вещество“, е материал без подредена структура на далечни разстояния – то не образува кристали.От друга страна, кристалните материали са материали с високо подредени и повтарящи се модели.
Материалът, който обикновено наричаме „стъкло“ в ежедневието, се основава предимно на силициев диоксид, но стъклото може да бъде направено от много различни материали.Следователно изследователите винаги се интересуват от намирането на нови начини за насърчаване на различни материали да образуват това аморфно състояние, което може да доведе до разработването на нови стъкла с подобрени свойства и нови приложения.Новото изследване, публикувано наскоро в научното списание „Science Advances“, представлява важна стъпка напред за изследването.
Сега, чрез просто смесване на много различни молекули, внезапно разкрихме потенциала за създаване на нови и по-добри стъклени материали.Тези, които изучават органични молекули, знаят, че използването на смес от две или три различни молекули може да помогне за образуването на стъкло, но малцина могат да очакват, че добавянето на повече молекули ще постигне толкова отлични резултати“, изследователският екип ръководи изследването.Професор Кристиан Мюлер от катедрата по химия и химическо инженерство на университета в Улмс каза.
Най-добри резултати за всеки материал за оформяне на стъкло
Когато течността се охлади без кристализация, се образува стъкло, процес, наречен витрификация.Използването на смес от две или три молекули за насърчаване на образуването на стъкло е зряла концепция.Въпреки това ефектът от смесването на голям брой молекули върху способността за образуване на стъкло е получил малко внимание.
Изследователите са тествали смес от до осем различни периленови молекули, които сами имат висока крехкост - тази характеристика е свързана с лекотата, с която материалът образува стъкло.Но смесването на много молекули заедно води до значително намаляване на крехкостта и образува много здрав стъклообразуващ елемент с изключително ниска чупливост.
„Чупкостта на стъклото, което направихме в нашето изследване, е много ниска, което представлява най-добрата способност за образуване на стъкло.Измервали сме не само всеки органичен материал, но също и полимери и неорганични материали (като насипно метално стъкло).Резултатите са дори по-добри от обикновеното стъкло.Способността за оформяне на стъкло на прозоречно стъкло е едно от най-добрите оформящи стъклото, които познаваме“, каза Сандра Хултмарк, докторант в катедрата по химия и химическо инженерство и водещ автор на изследването.
Удължете живота на продукта и спестете ресурси
Важни приложения за по-стабилно органично стъкло са технологиите за дисплеи като OLED екрани и технологиите за възобновяема енергия като органични слънчеви клетки.
„OLED са съставени от стъклени слоеве от светлоизлъчващи органични молекули.Ако са по-стабилни, това може да увеличи издръжливостта на OLED и в крайна сметка издръжливостта на дисплея“, обясни Сандра Хултмарк.
Друго приложение, което може да се възползва от по-стабилното стъкло, са лекарствата.Аморфните лекарства се разтварят по-бързо, което спомага за бързото усвояване на активната съставка при поглъщане.Следователно много лекарства използват стъклообразуващи лекарствени форми.За лекарствата е жизненоважно стъкловидният материал да не кристализира с течение на времето.Колкото по-стабилно е стъкловидното лекарство, толкова по-дълъг е срокът на годност на лекарството.
„С по-стабилно стъкло или нови материали за оформяне на стъкло можем да удължим експлоатационния живот на голям брой продукти, като по този начин спестяваме ресурси и икономия“, каза Кристиан Мюлер.
„Встъкляването на Xinyuanperylene смес с ултра ниска крехкост“ е публикувано в научното списание „Science Advances“.
Време на публикуване: 6 декември 2021 г