Στις 15 Οκτωβρίου, ερευνητές στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers στη Σουηδία δημιούργησαν με επιτυχία έναν νέο τύπο εξαιρετικά σταθερού και ανθεκτικού γυαλιού με πιθανές εφαρμογές όπως ιατρική, προηγμένες ψηφιακές οθόνες και τεχνολογία ηλιακών κυψελών. Η μελέτη έδειξε ότι ο τρόπος ανάμειξης πολλαπλών μορίων (έως οκτώ κάθε φορά) μπορεί να παράγει ένα υλικό που έχει εξίσου καλή απόδοση με τους καλύτερους παράγοντες σχηματισμού γυαλιού που είναι γνωστοί σήμερα.
Το γυαλί, γνωστό και ως «άμορφο στερεό», είναι ένα υλικό χωρίς διατεταγμένη δομή μεγάλης εμβέλειας - δεν σχηματίζει κρυστάλλους. Από την άλλη πλευρά, τα κρυσταλλικά υλικά είναι υλικά με εξαιρετικά διατεταγμένα και επαναλαμβανόμενα σχέδια.
Το υλικό που συνήθως ονομάζουμε «γυαλί» στην καθημερινή ζωή βασίζεται κυρίως στο πυρίτιο, αλλά το γυαλί μπορεί να κατασκευαστεί από πολλά διαφορετικά υλικά. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές ενδιαφέρονται πάντα να βρουν νέους τρόπους για να ενθαρρύνουν διαφορετικά υλικά να σχηματίσουν αυτήν την άμορφη κατάσταση, η οποία μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων γυαλιών με βελτιωμένες ιδιότητες και νέες εφαρμογές. Η νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό «Science Advances» αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για την έρευνα.
Τώρα, με την απλή ανάμειξη πολλών διαφορετικών μορίων, ξαφνικά ανοίξαμε τη δυνατότητα να δημιουργήσουμε νέα και καλύτερα γυάλινα υλικά. Όσοι μελετούν οργανικά μόρια γνωρίζουν ότι η χρήση ενός μείγματος δύο ή τριών διαφορετικών μορίων μπορεί να βοηθήσει στο σχηματισμό γυαλιού, αλλά λίγοι μπορούν να περιμένουν ότι η προσθήκη περισσότερων μορίων θα επιτύχει τόσο εξαιρετικά αποτελέσματα», ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. Ο καθηγητής Christian Müller από το Τμήμα Χημείας και Χημικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Ulms είπε.
Καλύτερα αποτελέσματα για οποιοδήποτε υλικό σχηματισμού γυαλιού
Όταν το υγρό κρυώσει χωρίς κρυστάλλωση, σχηματίζεται γυαλί, μια διαδικασία που ονομάζεται υαλοποίηση. Η χρήση ενός μείγματος δύο ή τριών μορίων για την προώθηση του σχηματισμού γυαλιού είναι μια ώριμη ιδέα. Ωστόσο, η επίδραση της ανάμειξης μεγάλου αριθμού μορίων στην ικανότητα σχηματισμού γυαλιού έχει λάβει ελάχιστη προσοχή.
Οι ερευνητές εξέτασαν ένα μείγμα έως και οκτώ διαφορετικών μορίων περυλενίου, τα οποία από μόνα τους έχουν υψηλή ευθραυστότητα - αυτό το χαρακτηριστικό σχετίζεται με την ευκολία με την οποία το υλικό σχηματίζει γυαλί. Αλλά η ανάμειξη πολλών μορίων μαζί οδηγεί σε σημαντική μείωση της ευθραυστότητας και σχηματίζεται ένας πολύ ισχυρός σχηματιστής γυαλιού με εξαιρετικά χαμηλή ευθραυστότητα.
«Η ευθραυστότητα του γυαλιού που κατασκευάσαμε στην έρευνά μας είναι πολύ χαμηλή, γεγονός που αντιπροσωπεύει την καλύτερη ικανότητα σχηματισμού γυαλιού. Έχουμε μετρήσει όχι μόνο οποιοδήποτε οργανικό υλικό αλλά και πολυμερή και ανόργανα υλικά (όπως χύμα μεταλλικό γυαλί). Τα αποτελέσματα είναι ακόμα καλύτερα από το συνηθισμένο γυαλί. Η ικανότητα σχηματισμού γυαλιού του γυαλιού παραθύρων είναι ένας από τους καλύτερους διαμορφωτές γυαλιού που γνωρίζουμε», δήλωσε η Sandra Hultmark, διδακτορική φοιτήτρια στο Τμήμα Χημείας και Χημικής Μηχανικής και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Επεκτείνετε τη διάρκεια ζωής του προϊόντος και εξοικονομήστε πόρους
Σημαντικές εφαρμογές για πιο σταθερό οργανικό γυαλί είναι οι τεχνολογίες οθόνης όπως οι οθόνες OLED και οι τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως τα οργανικά ηλιακά κύτταρα.
«Τα OLED αποτελούνται από γυάλινες στρώσεις οργανικών μορίων που εκπέμπουν φως. Εάν είναι πιο σταθερά, μπορεί να αυξηθεί η ανθεκτικότητα της OLED και τελικά η ανθεκτικότητα της οθόνης», εξήγησε η Sandra Hultmark.
Μια άλλη εφαρμογή που μπορεί να ωφεληθεί από πιο σταθερό γυαλί είναι τα φάρμακα. Τα άμορφα φάρμακα διαλύονται πιο γρήγορα, γεγονός που βοηθά στην γρήγορη απορρόφηση του δραστικού συστατικού κατά την κατάποση. Ως εκ τούτου, πολλά φάρμακα χρησιμοποιούν μορφές φαρμάκων που σχηματίζουν γυαλί. Για τα φάρμακα, είναι ζωτικής σημασίας το υαλοειδές υλικό να μην κρυσταλλώνεται με την πάροδο του χρόνου. Όσο πιο σταθερό είναι το υαλώδες φάρμακο, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια ζωής του φαρμάκου.
«Με πιο σταθερό γυαλί ή νέα υλικά σχηματισμού γυαλιού, μπορούμε να παρατείνουμε τη διάρκεια ζωής ενός μεγάλου αριθμού προϊόντων, εξοικονομώντας έτσι πόρους και οικονομία», δήλωσε ο Christian Müller.
«Η υαλοποίηση του μίγματος Xinyuanperylene με εξαιρετικά χαμηλή ευθραυστότητα» δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Science Advances».
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-06-2021