Ngày 15/10, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển đã chế tạo thành công loại kính mới siêu ổn định và bền bỉ với các ứng dụng tiềm năng bao gồm y học, màn hình kỹ thuật số tiên tiến và công nghệ pin mặt trời. Nghiên cứu cho thấy cách trộn nhiều phân tử (tối đa tám phân tử cùng một lúc) có thể tạo ra vật liệu hoạt động tốt như các chất tạo thủy tinh tốt nhất hiện nay.
Thủy tinh, còn được gọi là “chất rắn vô định hình”, là vật liệu không có cấu trúc trật tự tầm xa - nó không tạo thành tinh thể. Mặt khác, vật liệu kết tinh là vật liệu có kiểu mẫu lặp đi lặp lại và có trật tự cao.
Vật liệu mà chúng ta thường gọi là “thủy tinh” trong cuộc sống hàng ngày chủ yếu dựa trên silica, nhưng thủy tinh có thể được làm từ nhiều vật liệu khác nhau. Do đó, các nhà nghiên cứu luôn quan tâm đến việc tìm ra những cách mới để khuyến khích các vật liệu khác nhau hình thành trạng thái vô định hình này, điều này có thể dẫn đến việc phát triển các loại kính mới với các đặc tính được cải thiện và ứng dụng mới. Nghiên cứu mới được công bố gần đây trên tạp chí khoa học “Science Advances” thể hiện một bước tiến quan trọng của nghiên cứu.
Giờ đây, chỉ bằng cách trộn nhiều phân tử khác nhau, chúng tôi đột nhiên mở ra tiềm năng tạo ra vật liệu thủy tinh mới và tốt hơn. Những người nghiên cứu phân tử hữu cơ đều biết rằng sử dụng hỗn hợp gồm hai hoặc ba phân tử khác nhau có thể giúp tạo thành thủy tinh, nhưng ít ai có thể ngờ rằng việc bổ sung thêm nhiều phân tử hơn sẽ đạt được kết quả tuyệt vời như vậy”, nhóm nghiên cứu dẫn đầu nghiên cứu. Giáo sư Christian Müller từ Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học của Đại học Ulms cho biết.
Kết quả tốt nhất cho mọi vật liệu tạo hình thủy tinh
Khi chất lỏng nguội đi mà không kết tinh, thủy tinh được hình thành, một quá trình gọi là thủy tinh hóa. Việc sử dụng hỗn hợp gồm hai hoặc ba phân tử để thúc đẩy sự hình thành thủy tinh là một khái niệm hoàn thiện. Tuy nhiên, ảnh hưởng của việc trộn một số lượng lớn phân tử đến khả năng hình thành thủy tinh lại ít được chú ý.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một hỗn hợp gồm tám phân tử perylene khác nhau, riêng chúng có độ giòn cao - đặc điểm này liên quan đến việc vật liệu dễ dàng tạo thành thủy tinh. Nhưng việc trộn nhiều phân tử lại với nhau sẽ làm giảm đáng kể độ giòn và tạo thành một loại thủy tinh rất bền với độ giòn cực thấp.
“Độ giòn của thủy tinh mà chúng tôi tạo ra trong nghiên cứu của mình là rất thấp, điều này thể hiện khả năng tạo thành thủy tinh tốt nhất. Chúng tôi đã đo không chỉ bất kỳ vật liệu hữu cơ nào mà còn cả polyme và vật liệu vô cơ (chẳng hạn như thủy tinh kim loại khối). Kết quả thậm chí còn tốt hơn so với kính thông thường. Sandra Hultmark, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.
Kéo dài tuổi thọ sản phẩm và tiết kiệm tài nguyên
Các ứng dụng quan trọng để kính hữu cơ ổn định hơn là các công nghệ hiển thị như màn hình OLED và các công nghệ năng lượng tái tạo như pin mặt trời hữu cơ.
“OLED bao gồm các lớp thủy tinh chứa các phân tử hữu cơ phát sáng. Nếu chúng ổn định hơn, nó có thể tăng độ bền của OLED và cuối cùng là độ bền của màn hình”, Sandra Hultmark giải thích.
Một ứng dụng khác có thể được hưởng lợi từ thủy tinh ổn định hơn là dược phẩm. Thuốc vô định hình hòa tan nhanh hơn, giúp hấp thu nhanh hoạt chất khi uống. Vì vậy, nhiều loại thuốc sử dụng dạng thuốc tạo thủy tinh. Đối với thuốc, điều quan trọng là vật liệu thủy tinh không bị kết tinh theo thời gian. Thuốc thủy tinh càng ổn định thì thời hạn sử dụng của thuốc càng dài.
Christian Müller cho biết: “Với kính ổn định hơn hoặc vật liệu tạo hình kính mới, chúng tôi có thể kéo dài tuổi thọ của một số lượng lớn sản phẩm, từ đó tiết kiệm tài nguyên và kinh tế”.
“Quá trình thủy tinh hóa hỗn hợp Xinyuanperylene với độ giòn cực thấp” đã được công bố trên tạp chí khoa học “Science Advances”.
Thời gian đăng: Dec-06-2021