"عالی" شیشه جدید فوق العاده پایدار و بادوام چیست؟

در 15 اکتبر، محققان دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد با موفقیت نوع جدیدی از شیشه فوق‌العاده پایدار و بادوام را با کاربردهای بالقوه از جمله پزشکی، صفحه‌نمایش‌های دیجیتال پیشرفته و فناوری سلول‌های خورشیدی ایجاد کردند. این مطالعه نشان داد که نحوه مخلوط کردن چندین مولکول (تا هشت مولکول در یک زمان) می‌تواند ماده‌ای را تولید کند که به خوبی بهترین عوامل تشکیل‌دهنده شیشه در حال حاضر شناخته شده است.

شیشه، همچنین به عنوان "جامد آمورف" شناخته می شود، ماده ای بدون ساختار مرتب و دوربرد است - کریستال تشکیل نمی دهد. از سوی دیگر، مواد کریستالی موادی هستند با الگوهای مرتب و تکرار شونده.

ماده‌ای که ما معمولاً در زندگی روزمره آن را "شیشه" می‌نامیم، بیشتر بر پایه سیلیس است، اما شیشه می‌تواند از مواد مختلفی ساخته شود. بنابراین، محققان همیشه علاقه مند به یافتن راه های جدیدی برای تشویق مواد مختلف برای تشکیل این حالت آمورف هستند که ممکن است منجر به توسعه شیشه های جدید با خواص بهبود یافته و کاربردهای جدید شود. تحقیق جدیدی که اخیراً در مجله علمی "Science Advances" منتشر شده است نشان دهنده گام مهمی برای این تحقیق است.

اکنون، با مخلوط کردن مولکول‌های مختلف، ناگهان پتانسیل ایجاد مواد شیشه‌ای جدید و بهتر را باز کردیم. کسانی که مولکول‌های آلی را مطالعه می‌کنند می‌دانند که استفاده از مخلوطی از دو یا سه مولکول مختلف می‌تواند به تشکیل شیشه کمک کند، اما تعداد کمی می‌توانند انتظار داشته باشند که افزودن مولکول‌های بیشتر به چنین نتایج عالی دست پیدا کند.» پروفسور کریستین مولر از گروه شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه اولمز گفت.

بهترین نتایج برای هر ماده تشکیل دهنده شیشه

هنگامی که مایع بدون کریستالیزاسیون سرد می شود، شیشه تشکیل می شود، فرآیندی که به آن انجماد می گویند. استفاده از مخلوطی از دو یا سه مولکول برای ترویج تشکیل شیشه یک مفهوم بالغ است. با این حال، تأثیر اختلاط تعداد زیادی از مولکول ها بر توانایی تشکیل شیشه کمتر مورد توجه قرار گرفته است.

محققان مخلوطی از هشت مولکول مختلف پریلن را آزمایش کردند که به تنهایی از شکنندگی بالایی برخوردار بودند - این ویژگی مربوط به سهولت تشکیل شیشه است. اما مخلوط کردن بسیاری از مولکول ها با هم منجر به کاهش قابل توجهی در شکنندگی می شود و یک شکل دهنده شیشه ای بسیار قوی با شکنندگی فوق العاده کم را تشکیل می دهد.

شکنندگی شیشه ای که ما در تحقیقات خود ساختیم بسیار کم است، که نشان دهنده بهترین توانایی شکل دهی شیشه است. ما نه تنها هر ماده آلی، بلکه پلیمرها و مواد معدنی (مانند شیشه های فلزی حجیم) را نیز اندازه گیری کرده ایم. نتایج حتی بهتر از شیشه معمولی است. ساندرا هالتمارک، دانشجوی دکترا در دپارتمان شیمی و مهندسی شیمی و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: توانایی شیشه‌دهی شیشه پنجره یکی از بهترین شکل‌دهنده‌های شیشه است که ما می‌شناسیم.

عمر محصول را افزایش دهید و در منابع ذخیره کنید

کاربردهای مهم برای پایدارتر شیشه های آلی، فناوری های نمایشگر مانند صفحه نمایش OLED و فناوری های انرژی تجدیدپذیر مانند سلول های خورشیدی آلی است.

OLED ها از لایه های شیشه ای از مولکول های آلی ساطع کننده نور تشکیل شده اند. ساندرا هالتمارک توضیح داد که اگر آنها پایدارتر باشند، ممکن است دوام OLED و در نهایت دوام نمایشگر را افزایش دهد.

کاربرد دیگری که ممکن است از شیشه پایدارتر بهره مند شود، داروها است. داروهای آمورف سریعتر حل می شوند، که به جذب سریع ماده فعال در هنگام مصرف کمک می کند. بنابراین، بسیاری از داروها از اشکال دارویی تشکیل دهنده شیشه استفاده می کنند. برای داروها، بسیار مهم است که مواد زجاجیه در طول زمان متبلور نشوند. هر چه داروی شیشه ای پایدارتر باشد، ماندگاری دارو بیشتر می شود.

کریستین مولر گفت: "با شیشه های پایدارتر یا مواد تشکیل دهنده شیشه جدید، ما می توانیم عمر مفید تعداد زیادی از محصولات را افزایش دهیم و در نتیجه در مصرف منابع و صرفه جویی صرفه جویی کنیم."

"شیشه ای شدن مخلوط Xinyuanperylene با شکنندگی فوق العاده کم" در مجله علمی "Science Advances" منتشر شده است.