"ยอดเยี่ยม" ของแก้วที่มีความเสถียรและทนทานใหม่คืออะไร

เมื่อวันที่ 15 ตุลาคมนักวิจัยที่ Chalmers University of Technology ในสวีเดนประสบความสำเร็จในการสร้างแก้วที่มีความเสถียรและทนทานแบบใหม่ด้วยแอพพลิเคชั่นที่มีศักยภาพรวมถึงการแพทย์หน้าจอดิจิตอลขั้นสูงและเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าวิธีการผสมหลายโมเลกุล (สูงสุดแปดครั้ง) สามารถผลิตวัสดุที่ทำงานได้ดีเท่ากับตัวแทนก่อตัวแก้วที่ดีที่สุดในปัจจุบัน

แก้วหรือที่รู้จักกันในชื่อ“ amorphous solid” เป็นวัสดุที่ไม่มีโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งระยะยาว-มันไม่ได้ก่อให้เกิดผลึก ในทางกลับกันวัสดุผลึกเป็นวัสดุที่มีรูปแบบที่ได้รับคำสั่งสูงและทำซ้ำ

วัสดุที่เรามักจะเรียกว่า "แก้ว" ในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับซิลิกา แต่แก้วสามารถทำจากวัสดุที่แตกต่างกันมากมาย ดังนั้นนักวิจัยมักจะสนใจในการหาวิธีใหม่ ๆ ในการส่งเสริมวัสดุที่แตกต่างกันในการสร้างสถานะอสัณฐานนี้ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาแว่นตาใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นและการใช้งานใหม่ งานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสารวิทยาศาสตร์“ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์” เป็นก้าวสำคัญสำหรับการวิจัย

ตอนนี้เพียงแค่ผสมโมเลกุลที่แตกต่างกันมากมายเราก็เปิดศักยภาพในการสร้างวัสดุแก้วใหม่และดีขึ้น ผู้ที่ศึกษาโมเลกุลอินทรีย์รู้ว่าการใช้ส่วนผสมของโมเลกุลสองหรือสามโมเลกุลที่แตกต่างกันสามารถช่วยในรูปแบบแก้ว แต่มีเพียงไม่กี่คนที่คาดหวังว่าการเพิ่มโมเลกุลมากขึ้นจะได้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้” ทีมวิจัยนำการวิจัย ศาสตราจารย์ Christian Müllerจากภาควิชาเคมีและวิศวกรรมเคมีของ Ulms University กล่าว

ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุก่อตัวแก้วใด ๆ

เมื่อของเหลวเย็นลงโดยไม่ตกผลึกแก้วจะเกิดขึ้นกระบวนการที่เรียกว่า vitrification การใช้ส่วนผสมของโมเลกุลสองหรือสามโมเลกุลเพื่อส่งเสริมการก่อตัวของแก้วเป็นแนวคิดที่เป็นผู้ใหญ่ อย่างไรก็ตามผลของการผสมโมเลกุลจำนวนมากต่อความสามารถในการสร้างแก้วได้รับความสนใจเพียงเล็กน้อย

นักวิจัยได้ทดสอบส่วนผสมของโมเลกุลไพริลีนที่แตกต่างกันมากถึงแปดโมเลกุลซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่มีความรุนแรงสูงนี้เกี่ยวข้องกับความสะดวกในการสร้างแก้ววัสดุ แต่การผสมโมเลกุลจำนวนมากเข้าด้วยกันนำไปสู่การลดลงอย่างมีนัยสำคัญในความเปราะบางและก่อให้เกิดแก้วที่แข็งแกร่งมากในอดีตที่มีความเปราะบางต่ำเป็นพิเศษ

“ ความเปราะบางของแก้วที่เราทำในการวิจัยของเรานั้นต่ำมากซึ่งแสดงถึงความสามารถในการขึ้นรูปแก้วที่ดีที่สุด เราได้วัดไม่เพียง แต่วัสดุอินทรีย์ใด ๆ แต่ยังรวมถึงโพลีเมอร์และวัสดุอนินทรีย์ (เช่นแก้วโลหะจำนวนมาก) ผลลัพธ์ดียิ่งกว่าแก้วธรรมดา ความสามารถในการขึ้นรูปแก้วของกระจกหน้าต่างเป็นหนึ่งในเครื่องสร้างแก้วที่ดีที่สุดที่เรารู้จัก” แซนดร้าฮัลท์มาร์คนักศึกษาปริญญาเอกในภาควิชาเคมีและวิศวกรรมเคมีและผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว

ยืดอายุผลิตภัณฑ์และประหยัดทรัพยากร

การใช้งานที่สำคัญสำหรับแก้วอินทรีย์ที่มีเสถียรภาพมากขึ้นคือเทคโนโลยีการแสดงผลเช่นหน้าจอ OLED และเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนเช่นเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์

“ OLEDs ประกอบด้วยชั้นแก้วของโมเลกุลอินทรีย์เปล่งแสง หากพวกเขามีความเสถียรมากขึ้นมันอาจเพิ่มความทนทานของ OLED และในที่สุดความทนทานของจอแสดงผล” Sandra Hultmark อธิบาย

แอปพลิเคชั่นอื่นที่อาจได้รับประโยชน์จากแก้วที่มีเสถียรภาพมากขึ้นคือยาเสพติด ยาอสัณฐานละลายเร็วขึ้นซึ่งจะช่วยดูดซับสารออกฤทธิ์ที่ใช้งานได้อย่างรวดเร็วเมื่อกินเข้าไป ดังนั้นยาหลายชนิดใช้รูปแบบยาที่ก่อตัวเป็นแก้ว สำหรับยาเสพติดมันเป็นสิ่งสำคัญที่วัสดุน้ำเลี้ยงไม่ได้ตกผลึกเมื่อเวลาผ่านไป ยิ่งยาเสพติดที่มีเสถียรภาพมากขึ้นเท่าไหร่อายุการเก็บรักษาของยาก็ยิ่งนานขึ้นเท่านั้น

“ ด้วยวัสดุแก้วที่มีเสถียรภาพมากขึ้นหรือวัสดุขึ้นรูปแก้วใหม่เราสามารถยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์จำนวนมากซึ่งจะช่วยประหยัดทรัพยากรและเศรษฐกิจ” Christian Müllerกล่าว

“ การผสมผสานของส่วนผสม Xinyuanperylene ที่มีความอ่อนไหวต่ำเป็นพิเศษ” ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์“ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์”