מהו ה"מעולה" של הזכוכית האולטרה יציבה ועמידה החדשה

ב-15 באוקטובר, חוקרים מאוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשוודיה יצרו בהצלחה סוג חדש של זכוכית יציבה ועמידה במיוחד עם יישומים פוטנציאליים לרבות רפואה, מסכים דיגיטליים מתקדמים וטכנולוגיה של תאים סולאריים. המחקר הראה שאופן לערבב מולקולות מרובות (עד שמונה בו-זמנית) יכול לייצר חומר בעל ביצועים טובים כמו החומרים הטובים ביותר ליצירת זכוכית הידועים כיום.

זכוכית, המכונה גם "מוצק אמורפי", היא חומר ללא מבנה מסודר לטווח ארוך - הוא אינו יוצר גבישים. מצד שני, חומרים גבישיים הם חומרים עם דפוסים מאוד מסודרים וחוזרים על עצמם.

החומר שאנו מכנים בדרך כלל "זכוכית" בחיי היומיום מבוסס ברובו על סיליקה, אך זכוכית יכולה להיות עשויה מחומרים רבים ושונים. לכן, חוקרים תמיד מעוניינים למצוא דרכים חדשות לעודד חומרים שונים ליצור מצב אמורפי זה, מה שעשוי להוביל לפיתוח משקפיים חדשים עם תכונות משופרות ויישומים חדשים. המחקר החדש שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי "Science Advances" מהווה צעד חשוב קדימה עבור המחקר.

כעת, פשוט על ידי ערבוב של מולקולות רבות ושונות, פתחנו לפתע את הפוטנציאל ליצור חומרי זכוכית חדשים וטובים יותר. מי שחוקר מולקולות אורגניות יודע ששימוש בתערובת של שתיים או שלוש מולקולות שונות יכול לעזור ביצירת זכוכית, אבל מעטים יכולים לצפות שהוספת מולקולות נוספות תשיג תוצאות מצוינות כל כך", הוביל צוות המחקר את המחקר. אמר פרופסור כריסטיאן מולר מהמחלקה לכימיה והנדסה כימית של אוניברסיטת Ulms.

התוצאות הטובות ביותר עבור כל חומר ליצירת זכוכית

כאשר הנוזל מתקרר ללא התגבשות, נוצרת זכוכית, תהליך הנקרא זיגוג. השימוש בתערובת של שתיים או שלוש מולקולות לקידום היווצרות זכוכית הוא מושג בוגר. עם זאת, ההשפעה של ערבוב מספר רב של מולקולות על היכולת ליצור זכוכית זכתה לתשומת לב מועטה.

החוקרים בדקו תערובת של עד שמונה מולקולות פרילן שונות, אשר לבדן בעלות שבירות גבוהה - מאפיין זה קשור לקלות שבה החומר יוצר זכוכית. אבל ערבוב של מולקולות רבות יחד מוביל להפחתה משמעותית בשבירות ויוצר יוצר זכוכית חזק מאוד עם שבירות נמוכה במיוחד.

"השבירות של הזכוכית שיצרנו במחקר שלנו היא נמוכה מאוד, מה שמייצג את יכולת יצירת הזכוכית הטובה ביותר. מדדנו לא רק כל חומר אורגני אלא גם פולימרים וחומרים אנאורגניים (כגון זכוכית מתכתית בתפזורת). התוצאות אפילו טובות יותר מזכוכית רגילה. יכולת יצירת הזכוכית של זכוכית חלונות היא אחד ממעצבי הזכוכית הטובים ביותר שאנו מכירים", אמרה סנדרה הולטמרק, דוקטורנטית במחלקה לכימיה והנדסה כימית והמחברת הראשית של המחקר.

הארך את חיי המוצר וחסוך במשאבים

יישומים חשובים לזכוכית אורגנית יציבה יותר הם טכנולוגיות תצוגה כגון מסכי OLED וטכנולוגיות אנרגיה מתחדשת כגון תאים סולאריים אורגניים.

"מכשירי OLED מורכבים משכבות זכוכית של מולקולות אורגניות פולטות אור. אם הם יציבים יותר, זה עשוי להגביר את העמידות של ה-OLED ובסופו של דבר את העמידות של התצוגה", הסבירה סנדרה הולטמרק.

יישום נוסף שעשוי להפיק תועלת מזכוכית יציבה יותר הוא תרופות. תרופות אמורפיות מתמוססות מהר יותר, מה שעוזר לספוג במהירות את החומר הפעיל בעת בליעה. לכן, תרופות רבות משתמשות בצורות תרופות יוצרות זכוכית. עבור תרופות, חיוני שהחומר הזגוגי לא יתגבש עם הזמן. ככל שהתרופה הזגוגית יציבה יותר, כך חיי המדף של התרופה ארוכים יותר.

"עם זכוכית יציבה יותר או חומרים חדשים ליצירת זכוכית, אנו יכולים להאריך את חיי השירות של מספר רב של מוצרים, ובכך לחסוך במשאבים ובכלכלה", אמר כריסטיאן מולר.

"הזגוג של תערובת Xinyuanperylene עם שבירות נמוכה במיוחד" פורסם בכתב העת המדעי "Science Advances".