อะไรคือสิ่งที่ “ยอดเยี่ยม” ของกระจกรุ่นใหม่ที่มีความเสถียรและทนทานเป็นพิเศษ

เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Chalmers ในสวีเดน ประสบความสำเร็จในการสร้างกระจกประเภทใหม่ที่มีความเสถียรและทนทานเป็นพิเศษ พร้อมการใช้งานที่มีศักยภาพ เช่น การแพทย์ หน้าจอดิจิทัลขั้นสูง และเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าวิธีการผสมหลายโมเลกุล (มากถึงแปดโมเลกุลในแต่ละครั้ง) สามารถผลิตวัสดุที่มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับสารก่อรูปแก้วที่ดีที่สุดเท่าที่ทราบในปัจจุบัน

แก้วหรือที่รู้จักกันในชื่อ "ของแข็งอสัณฐาน" เป็นวัสดุที่ไม่มีโครงสร้างสั่งการในระยะไกล แต่จะไม่ก่อตัวเป็นผลึก ในทางกลับกัน วัสดุผลึกเป็นวัสดุที่มีรูปแบบการเรียงลำดับและทำซ้ำสูง

วัสดุที่เรามักเรียกว่า “แก้ว” ในชีวิตประจำวันนั้นส่วนใหญ่มีซิลิกา แต่แก้วสามารถทำจากวัสดุได้หลากหลาย ดังนั้น นักวิจัยจึงสนใจที่จะค้นหาวิธีใหม่ๆ อยู่เสมอเพื่อกระตุ้นให้วัสดุต่างๆ ก่อตัวเป็นสภาวะอสัณฐาน ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนากระจกใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นและการใช้งานใหม่ๆ งานวิจัยชิ้นใหม่ที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสารวิทยาศาสตร์ "Science Advances" แสดงถึงก้าวสำคัญสำหรับการวิจัย

ตอนนี้ เพียงแค่ผสมโมเลกุลต่างๆ มากมาย เราก็เปิดศักยภาพในการสร้างวัสดุแก้วใหม่และดีขึ้นทันที ผู้ที่ศึกษาโมเลกุลอินทรีย์รู้ดีว่าการใช้ส่วนผสมของโมเลกุลที่แตกต่างกันสองหรือสามโมเลกุลสามารถช่วยสร้างแก้วได้ แต่มีน้อยคนที่คาดหวังได้ว่าการเพิ่มโมเลกุลมากขึ้นจะได้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้” ทีมวิจัยเป็นผู้นำการวิจัย ศาสตราจารย์ Christian Müller จากภาควิชาเคมีและวิศวกรรมเคมีของมหาวิทยาลัย Ulms กล่าวว่า

ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุขึ้นรูปแก้วทุกชนิด

เมื่อของเหลวเย็นตัวลงโดยไม่มีการตกผลึก แก้วจะถูกสร้างขึ้น กระบวนการที่เรียกว่าการทำให้กลายเป็นแก้ว (vitrification) การใช้ส่วนผสมของโมเลกุลสองหรือสามโมเลกุลเพื่อส่งเสริมการเกิดแก้วเป็นแนวคิดที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของการผสมโมเลกุลจำนวนมากต่อความสามารถในการสร้างแก้วยังไม่ได้รับความสนใจมากนัก

นักวิจัยได้ทดสอบส่วนผสมของโมเลกุลเพอริลีนที่แตกต่างกันมากถึง 8 โมเลกุล ซึ่งเพียงอย่างเดียวมีความเปราะบางสูง ลักษณะนี้สัมพันธ์กับความง่ายที่วัสดุจะก่อตัวเป็นแก้ว แต่การผสมโมเลกุลจำนวนมากเข้าด้วยกันจะช่วยลดความเปราะลงได้อย่างมาก และเกิดเป็นแก้วที่มีความแข็งแรงมากโดยมีความเปราะบางต่ำมาก

“ความเปราะบางของแก้วที่เราทำในการวิจัยของเรานั้นต่ำมาก ซึ่งแสดงถึงความสามารถในการขึ้นรูปแก้วได้ดีที่สุด เราไม่ได้ตรวจวัดเฉพาะวัสดุอินทรีย์เท่านั้น แต่ยังตรวจวัดโพลีเมอร์และวัสดุอนินทรีย์ด้วย (เช่น แก้วโลหะเทกอง) ผลลัพธ์ที่ได้ดีกว่ากระจกธรรมดาเสียอีก ความสามารถในการขึ้นรูปกระจกของกระจกหน้าต่างเป็นหนึ่งในเครื่องมือสร้างกระจกที่ดีที่สุดที่เรารู้จัก” Sandra Hultmark นักศึกษาระดับปริญญาเอกในภาควิชาเคมีและวิศวกรรมเคมีและผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว

ยืดอายุผลิตภัณฑ์และประหยัดทรัพยากร

การใช้งานที่สำคัญสำหรับกระจกออร์แกนิกที่มีความเสถียรมากขึ้นคือเทคโนโลยีการแสดงผล เช่น หน้าจอ OLED และเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียน เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิก

“OLED ประกอบด้วยชั้นกระจกของโมเลกุลอินทรีย์ที่เปล่งแสง หากมีเสถียรภาพมากขึ้น ก็อาจเพิ่มความทนทานของ OLED และในที่สุดความทนทานของจอแสดงผล” Sandra Hultmark อธิบาย

การใช้งานอื่นที่อาจได้รับประโยชน์จากกระจกที่มีความเสถียรมากขึ้นก็คือยา ยาอสัณฐานละลายเร็วขึ้นซึ่งช่วยในการดูดซับสารออกฤทธิ์อย่างรวดเร็วเมื่อกินเข้าไป ดังนั้นยาหลายชนิดจึงใช้รูปแบบยาที่ขึ้นรูปแก้ว สำหรับยา จำเป็นอย่างยิ่งที่วัสดุแก้วจะไม่ตกผลึกเมื่อเวลาผ่านไป ยิ่งยาแก้วมีความเสถียรมากเท่าไร อายุการเก็บรักษาของยาก็จะนานขึ้นเท่านั้น

“ด้วยกระจกที่มีความเสถียรมากขึ้นหรือวัสดุขึ้นรูปแก้วใหม่ เราสามารถยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์จำนวนมากได้ ซึ่งจะช่วยประหยัดทรัพยากรและเศรษฐกิจ” Christian Müller กล่าว

"การทำให้เป็นกรดของส่วนผสม Xinyuanperylene ที่มีความเปราะบางต่ำเป็นพิเศษ" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ "Science Advances"