Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, zijn erin geslaagd een nieuw type superstabiele, duurzaam glas met mogelijke toepassingen variërend van medicijnen, geavanceerde digitale schermen, en zonneceltechnologie. Het onderzoek laat zien hoe het mengen van meerdere moleculen - tot acht tegelijk - kan resulteren in een materiaal dat even goed presteert als de best bekende glasvormers.

Een glas, ook bekend als een "amorfe vaste stof, " is een materiaal dat geen geordende structuur op lange afstand heeft - het vormt geen kristal. Kristallijne materialen daarentegen zijn die met een sterk geordend en herhalend patroon. Het feit dat een glas geen kristallen bevat, maakt het nuttig.

De materialen die we in het dagelijks leven gewoonlijk "glas" noemen, zijn meestal op basis van siliciumdioxide, maar glas kan uit veel verschillende materialen worden gevormd. Onderzoekers zijn daarom altijd geïnteresseerd in het vinden van nieuwe manieren om verschillende materialen aan te moedigen deze amorfe toestand te vormen, wat mogelijk kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe glassoorten met verbeterde eigenschappen en nieuwe toepassingen. De nieuwe studie, onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , een belangrijke stap voorwaarts in die zoektocht.

"Nutsvoorzieningen, we hebben plotseling het potentieel geopend om nieuwe en betere glasachtige materialen te creëren, door simpelweg veel verschillende moleculen te mengen. Degenen die met organische moleculen werken, weten dat het gebruik van mengsels van twee of drie verschillende moleculen kan helpen om een ​​glas te vormen, maar weinigen hadden kunnen verwachten dat de toevoeging van meer moleculen, en zoveel, zulke superieure resultaten zou behalen, ", zegt professor Christian Müller van de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie aan de Chalmers University, die het onderzoeksteam achter de studie leidde.

Beste resultaat voor elk glasvormend materiaal

Een glas wordt gevormd wanneer een vloeistof wordt afgekoeld zonder kristallisatie te ondergaan, een proces dat vitrificatie wordt genoemd. Het gebruik van mengsels van twee of drie moleculen om glasvorming te stimuleren is een goed ingeburgerd concept. Echter, de impact van het mengen van een groot aantal moleculen op het vermogen om een ​​glas te vormen heeft weinig aandacht gekregen.

De onderzoekers experimenteerden met een mengsel van maximaal acht verschillende peryleenmoleculen die, individueel, hebben een hoge kwetsbaarheid - een eigenschap die verband houdt met hoe gemakkelijk het is voor een materiaal om een ​​glas te vormen. Maar het mengen van de vele moleculen resulteerde in een aanzienlijke afname van de fragiliteit, en een zeer sterke glasvormer met ultralage breekbaarheid werd gevormd.

"De kwetsbaarheid van het glas dat we in de studie hebben gemaakt, is erg laag, vertegenwoordigt het beste glasvormende vermogen dat niet alleen is gemeten voor organisch materiaal, maar ook voor polymeren en anorganische materialen zoals bulkmetalen glazen. De resultaten zijn zelfs superieur aan het glasvormende vermogen van gewoon vensterglas, een van de beste glasvormers die we kennen, " zegt Sandra Hultmark, promovendus bij de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie en hoofdauteur van de studie.

De levensduur van het product verlengen en hulpbronnen besparen

Belangrijke toepassingen voor stabieler organisch glas zijn beeldschermtechnologieën zoals OLED-schermen en hernieuwbare energietechnologieën zoals organische zonnecellen.

"OLED's zijn geconstrueerd met glasachtige lagen van lichtemitterende organische moleculen. Als deze stabieler zouden zijn, zou dit de duurzaamheid van een OLED en uiteindelijk het scherm kunnen verbeteren, " legt Sandra Hultmark uit.

Een andere toepassing die baat kan hebben bij stabielere glazen zijn geneesmiddelen. Amorfe medicijnen lossen sneller op, die helpt bij een snelle opname van het actieve ingrediënt na inname. Vandaar, veel geneesmiddelen maken gebruik van glasvormende medicijnformaties. Voor geneesmiddelen is het essentieel dat het glasachtige materiaal na verloop van tijd niet kristalliseert. Hoe stabieler het glazige medicijn, hoe langer de houdbaarheid van het geneesmiddel.

"Met stabieler glas of nieuwe glasvormende materialen, we konden de levensduur van een groot aantal producten verlengen, het aanbieden van besparingen in termen van zowel hulpbronnen als economie, ", zegt Christian Müller.

"Verglazing van octonaire peryleenmengsels met ultralage fragiliteit" is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .