Was ist das „Ausgezeichnete“ des neuen ultrastabilen und langlebigen Glases?

Am 15. Oktober ist es Forschern der Technischen Universität Chalmers in Schweden gelungen, eine neue Art von ultrastabilem und langlebigem Glas mit potenziellen Anwendungen in der Medizin, fortschrittlichen digitalen Bildschirmen und Solarzellentechnologie zu entwickeln. Die Studie zeigte, dass durch das Mischen mehrerer Moleküle (bis zu acht gleichzeitig) ein Material entstehen kann, das genauso gute Leistungen erbringt wie die besten derzeit bekannten Glasbildner.

Glas, auch „amorpher Feststoff“ genannt, ist ein Material ohne weiträumig geordnete Struktur – es bildet keine Kristalle. Andererseits sind kristalline Materialien Materialien mit hochgeordneten und sich wiederholenden Mustern.

Das Material, das wir im täglichen Leben üblicherweise „Glas“ nennen, basiert größtenteils auf Kieselsäure, aber Glas kann aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt werden. Daher sind Forscher immer daran interessiert, neue Wege zu finden, um verschiedene Materialien dazu zu bringen, diesen amorphen Zustand zu bilden, was zur Entwicklung neuer Gläser mit verbesserten Eigenschaften und neuen Anwendungen führen kann. Die kürzlich in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlichte neue Forschungsarbeit stellt einen wichtigen Fortschritt für die Forschung dar.

Durch die einfache Mischung vieler verschiedener Moleküle eröffneten wir nun plötzlich das Potenzial, neue und bessere Glasmaterialien zu schaffen. Diejenigen, die organische Moleküle untersuchen, wissen, dass die Verwendung einer Mischung aus zwei oder drei verschiedenen Molekülen zur Bildung von Glas beitragen kann, aber nur wenige können erwarten, dass die Zugabe weiterer Moleküle zu so hervorragenden Ergebnissen führt“, leitete das Forschungsteam die Forschung. Professor Christian Müller vom Fachbereich Chemie und Chemieingenieurwesen der Universität Ulms.

Beste Ergebnisse für jedes glasbildende Material

Wenn die Flüssigkeit ohne Kristallisation abkühlt, entsteht Glas, ein Vorgang, der Vitrifikation genannt wird. Die Verwendung einer Mischung aus zwei oder drei Molekülen zur Förderung der Glasbildung ist ein ausgereiftes Konzept. Der Auswirkung der Vermischung einer großen Anzahl von Molekülen auf die Fähigkeit zur Glasbildung wurde jedoch wenig Beachtung geschenkt.

Die Forscher testeten eine Mischung aus bis zu acht verschiedenen Perylenmolekülen, die allein eine hohe Sprödigkeit aufweisen – diese Eigenschaft hängt mit der Leichtigkeit zusammen, mit der das Material Glas bildet. Das Zusammenmischen vieler Moleküle führt jedoch zu einer deutlichen Verringerung der Sprödigkeit und es entsteht ein sehr starker Glasbildner mit extrem geringer Sprödigkeit.

„Die Sprödigkeit des Glases, das wir in unserer Forschung hergestellt haben, ist sehr gering, was die beste Fähigkeit zur Glasbildung darstellt. Wir haben nicht nur alle organischen Materialien gemessen, sondern auch Polymere und anorganische Materialien (z. B. metallisches Glas). Die Ergebnisse sind sogar besser als bei gewöhnlichem Glas. Die Glasbildungsfähigkeit von Fensterglas ist eine der besten Glasbildner, die wir kennen“, sagte Sandra Hultmark, Doktorandin am Fachbereich Chemie und Chemieingenieurwesen und Hauptautorin der Studie.

Verlängern Sie die Produktlebensdauer und schonen Sie Ressourcen

Wichtige Anwendungen für stabileres organisches Glas sind Displaytechnologien wie OLED-Bildschirme und erneuerbare Energietechnologien wie organische Solarzellen.

„OLEDs bestehen aus Glasschichten aus lichtemittierenden organischen Molekülen. Wenn sie stabiler sind, erhöht sich möglicherweise die Haltbarkeit des OLED und letztlich auch die Haltbarkeit des Displays“, erklärt Sandra Hultmark.

Eine weitere Anwendung, die von stabilerem Glas profitieren könnte, sind Arzneimittel. Amorphe Medikamente lösen sich schneller auf, was dazu beiträgt, dass der Wirkstoff bei Einnahme schnell aufgenommen wird. Daher nutzen viele Arzneimittel glasbildende Arzneimittelformen. Bei Arzneimitteln ist es wichtig, dass das Glasmaterial nicht mit der Zeit kristallisiert. Je stabiler das glasartige Arzneimittel ist, desto länger ist die Haltbarkeitsdauer des Arzneimittels.

„Mit stabileren Gläsern oder neuen glasbildenden Materialien können wir die Lebensdauer einer Vielzahl von Produkten verlängern und so Ressourcen und Wirtschaftlichkeit einsparen“, sagte Christian Müller.

„Die Verglasung einer Xinyuanperylen-Mischung mit extrem geringer Sprödigkeit“ wurde in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht.