ما هو "ممتاز" الزجاج الجديد فائق الثبات والمتانة

في 15 أكتوبر، نجح الباحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد في إنشاء نوع جديد من الزجاج فائق الثبات والمتانة مع تطبيقات محتملة بما في ذلك الطب والشاشات الرقمية المتقدمة وتكنولوجيا الخلايا الشمسية. أظهرت الدراسة أن كيفية خلط جزيئات متعددة (ما يصل إلى ثمانية في المرة الواحدة) يمكن أن تنتج مادة ذات أداء جيد مثل أفضل عوامل تشكيل الزجاج المعروفة حاليًا.

الزجاج، المعروف أيضًا باسم "الصلب غير المتبلور"، هو مادة ليس لها بنية منظمة طويلة المدى، ولا يشكل بلورات. من ناحية أخرى، المواد البلورية هي مواد ذات أنماط متكررة ومرتبة للغاية.

تعتمد المادة التي نطلق عليها عادة "الزجاج" في الحياة اليومية في الغالب على السيليكا، ولكن يمكن تصنيع الزجاج من العديد من المواد المختلفة. ولذلك، يهتم الباحثون دائمًا بإيجاد طرق جديدة لتشجيع المواد المختلفة على تكوين هذه الحالة غير المتبلورة، مما قد يؤدي إلى تطوير نظارات جديدة ذات خصائص محسنة وتطبيقات جديدة. ويمثل البحث الجديد الذي نشر مؤخرا في المجلة العلمية “Science Advances” خطوة مهمة للأمام في هذا البحث.

الآن، وببساطة عن طريق خلط العديد من الجزيئات المختلفة، فتحنا فجأة إمكانية إنشاء مواد زجاجية جديدة وأفضل. أولئك الذين يدرسون الجزيئات العضوية يعرفون أن استخدام خليط من جزيئين أو ثلاثة جزيئات مختلفة يمكن أن يساعد في تكوين الزجاج، لكن قليلين هم من يتوقعون أن إضافة المزيد من الجزيئات سيحقق مثل هذه النتائج الممتازة. قال البروفيسور كريستيان مولر من قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية بجامعة أولمس.

أفضل النتائج لأي مادة تشكيل الزجاج

عندما يبرد السائل دون أن يتبلور، يتكون الزجاج، وهي عملية تسمى التزجيج. يعد استخدام خليط من جزيئين أو ثلاثة لتعزيز تكوين الزجاج مفهومًا ناضجًا. ومع ذلك، فإن تأثير خلط عدد كبير من الجزيئات على القدرة على تشكيل الزجاج لم يحظ باهتمام كبير.

اختبر الباحثون مزيجًا من ما يصل إلى ثمانية جزيئات مختلفة من البيريلين، والتي تتمتع وحدها بهشاشة عالية، وترتبط هذه الخاصية بسهولة تشكيل المادة للزجاج. لكن خلط العديد من الجزيئات معًا يؤدي إلى انخفاض كبير في الهشاشة ويشكل زجاجًا قويًا للغاية مع هشاشة منخفضة للغاية.

"إن هشاشة الزجاج الذي صنعناه في بحثنا منخفضة للغاية، وهو ما يمثل أفضل قدرة على تشكيل الزجاج. لقد قمنا بقياس ليس فقط أي مادة عضوية، ولكن أيضًا البوليمرات والمواد غير العضوية (مثل الزجاج المعدني السائب). النتائج أفضل من الزجاج العادي. وقالت ساندرا هولتمارك، طالبة الدكتوراه في قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية والمؤلفة الرئيسية للدراسة، إن قدرة زجاج النوافذ على تشكيل الزجاج هي واحدة من أفضل أدوات تشكيل الزجاج التي نعرفها.

إطالة عمر المنتج وتوفير الموارد

التطبيقات المهمة للزجاج العضوي الأكثر استقرارًا هي تقنيات العرض مثل شاشات OLED وتقنيات الطاقة المتجددة مثل الخلايا الشمسية العضوية.

"تتكون شاشات OLED من طبقات زجاجية من الجزيئات العضوية الباعثة للضوء. وأوضحت ساندرا هولتمارك: "إذا كانت أكثر استقرارًا، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة متانة شاشة OLED وفي النهاية متانة الشاشة".

هناك تطبيق آخر قد يستفيد من الزجاج الأكثر ثباتًا وهو الأدوية. تذوب الأدوية غير المتبلورة بشكل أسرع، مما يساعد على امتصاص المادة الفعالة بسرعة عند تناولها. لذلك، تستخدم العديد من الأدوية أشكالًا دوائية مكونة للزجاج. بالنسبة للأدوية، من المهم ألا تتبلور المادة الزجاجية بمرور الوقت. كلما كان الدواء الزجاجي أكثر استقرارا، كلما طالت مدة صلاحية الدواء.

وقال كريستيان مولر: "مع الزجاج الأكثر استقرارًا أو مواد تشكيل الزجاج الجديدة، يمكننا إطالة عمر الخدمة لعدد كبير من المنتجات، وبالتالي توفير الموارد والاقتصاد".

تم نشر "تزجيج خليط شينيوانبيريلين ذو هشاشة منخفضة للغاية" في المجلة العلمية "Science Advances".