science >> Wetenschap >  >> Fysica

Goed verpakt organisch glas is beter bestand tegen veranderingen bij blootstelling aan licht

Organisch glas is niet hetzelfde als het glas in ramen - het organische glas bevat koolstof in een structuur die gemakkelijk kan vervormen door zonlicht. Het bovenste schema toont een vergelijking van twee sets organische glasfilms die op twee manieren zijn bereid en vervolgens worden blootgesteld aan licht, wat resulteert in kleurveranderingen na langere tijd. Aan de rechterkant, de film die is gemaakt door afkoeling van een vloeistof (gewoon glas genoemd, OG) verandert gemakkelijk van kleur bij blootstelling aan licht (of fotoreacties). Aan de linkerkant, de film bereid door opdampen heeft een dicht opeengepakte moleculaire structuur (stabiel glas genoemd, SG) die de fotoreactie en dus de degradatie voorkomt. De reden voor de kleurverandering is weergegeven in het onderste schema, waaruit blijkt dat de moleculaire structuur verandert als reactie op licht. Krediet:Mark Ediger en Yue Qiu

Voor materialen in zonnecellen, telefoons, en andere apparaten, het materiaal mag niet op ongewenste wijze veranderen bij blootstelling aan zonlicht. Wetenschappers hebben vastgesteld hoe twee glazen met dezelfde samenstelling maar met verschillende fabricageprocessen zich gedroegen bij blootstelling aan licht. Elk glas had een op koolstof gebaseerde chemische samenstelling. Door damp afgezet organisch glas, waar bestanddelen werden verdampt en gecombineerd terwijl ze op een oppervlak werden afgezet om een ​​glas te vormen, was aanzienlijk stabieler dan gewoon organisch glas. In gewoon glas, de chemicaliën werden samengesmolten en afgekoeld. De moleculen in het opgedampte glas waren dichter op elkaar gepakt dan het vloeistofgekoelde glas.

Glas op koolstofbasis wordt gebruikt in bepaalde elektronica, zoals mobiele telefoons of televisieschermen. Het wordt ook gebruikt in zonnecellen en andere fotovoltaïsche apparaten. Vaak, echter, het glas degradeert bij blootstelling aan licht. Het nieuwe begrip van het team van wat fotostabiliteit in glas creëert, zal de levensduur van dergelijke apparaten helpen verbeteren.

Een kritische eigenschap van elk materiaal dat in zonnecellen wordt gebruikt, telefoons, of andere elektronica die wordt blootgesteld aan zonlicht is fotostabiliteit, een maatstaf voor hoe een materiaal weerstand biedt aan veranderingen in eigenschappen en moleculaire structuur bij blootstelling aan licht. Een team van wetenschappers bereidde organisch glas door middel van dampafzetting, die de samenstellende moleculen dicht pakt. Ze beoordeelden de fotostabiliteit door veranderingen in de dichtheid en moleculaire oriëntatie van glasachtige dunne films na blootstelling aan licht. Ze ontdekten dat dampafzetting de fotostabiliteit aanzienlijk verhoogt - met een factor 50 - in vergelijking met het ultramoderne vloeistofgekoelde glas in het modelsysteem, een azobenzeenderivaat.

Hoewel het bekend is dat het dichter bij elkaar brengen van moleculen de fotostabiliteit in kristallijne materialen verbetert, dit is de eerste keer dat onderzoekers een substantiële toename van een dergelijke stabiliteit in niet-kristallijne, amorf glas. Ze toonden aan dat de fotostabiliteit correleerde met de glasdichtheid voor een dichtheidstoename tot 1,3 procent. Ze voerden moleculaire simulaties uit, die glasbereiding en de reacties tussen moleculaire structuren nabootsen. De simulaties gaven aan dat glas met een hogere dichtheid de fotostabiliteit aanzienlijk heeft vergroot. Het nieuwe begrip van hoe verbeterde fotostabiliteit kan worden bereikt, kan helpen bij het ontwerpen van betere elektronica voor displays en fotovoltaïsche apparaten met een langere levensduur.