10月15日、スウェーデンのチャルマーズ工科大学の研究者らは、医療、高度なデジタルスクリーン、太陽電池技術などの潜在的な用途を備えた、新しいタイプの超安定性と耐久性のあるガラスの作成に成功した。この研究では、複数の分子 (一度に最大 8 つ) を混合する方法により、現在知られている最高のガラス形成剤と同等の性能を発揮する材料を製造できることが示されました。
「非晶質固体」としても知られるガラスは、長距離の秩序構造を持たない材料であり、結晶を形成しません。一方、結晶材料は、高度に規則正しく繰り返されるパターンを持つ材料です。
私たちが普段「ガラス」と呼んでいる素材は主にシリカを主成分としていますが、ガラスにはさまざまな素材が使われています。したがって、研究者は、さまざまな材料がこのアモルファス状態を形成するのを促進する新しい方法を見つけることに常に興味を持っており、それが特性を改善した新しいガラスの開発や新しい用途につながる可能性があります。最近科学雑誌「サイエンス・アドバンス」に掲載された新しい研究は、研究の重要な前進を示しています。
現在、多くの異なる分子を単に混合するだけで、新しくより優れたガラス材料を作成する可能性が突然開かれました。有機分子を研究する人は、2 つまたは 3 つの異なる分子の混合物を使用するとガラスの形成に役立つことを知っていますが、さらに多くの分子を追加することでこのような優れた結果が得られると期待できる人はほとんどいません」と研究チームは研究を主導しました。ウルムス大学化学・化学工学部のクリスチャン・ミュラー教授はこう語る。
あらゆるガラス成形材料に対して最高の結果が得られます
液体が結晶化せずに冷えると、ガラスが形成されます。これはガラス化と呼ばれるプロセスです。ガラスの形成を促進するために 2 つまたは 3 つの分子の混合物を使用することは、成熟した概念です。しかし、多数の分子を混合することがガラスの形成能力に及ぼす影響については、ほとんど注目されていません。
研究者らは、8種類もの異なるペリレン分子の混合物をテストしましたが、ペリレン分子だけでも高い脆性を持っています。この特性は、材料がガラスを形成しやすいことに関連しています。しかし、多くの分子を一緒に混合すると、脆性が大幅に減少し、超低脆性を備えた非常に強力なガラス形成剤が形成されます。
「私たちが研究で作ったガラスの脆性は非常に低く、これは最高のガラス成形能力を表しています。あらゆる有機材料だけでなく、ポリマーや無機材料（バルク金属ガラスなど）も測定しました。結果は通常のガラスよりもさらに優れています。窓ガラスのガラス形成能力は、私たちが知る限り最高のガラス形成能力の一つです」と、化学・化学工学科の博士課程の学生であり、この研究の筆頭著者であるサンドラ・ハルトマーク氏は述べた。
製品寿命を延ばし、資源を節約します
より安定した有機ガラスの重要な用途は、OLED スクリーンなどのディスプレイ技術や、有機太陽電池などの再生可能エネルギー技術です。
「OLEDは、発光する有機分子のガラス層で構成されています。安定性が高くなれば、OLED の耐久性が向上し、最終的にはディスプレイの耐久性も向上する可能性があります」と Sandra Hultmark 氏は説明しました。
より安定したガラスの恩恵を受ける可能性があるもう 1 つの用途は医薬品です。非晶質薬物は溶解が速いため、摂取時に有効成分が迅速に吸収されます。したがって、多くの医薬品はガラス形成製剤を利用しています。薬剤の場合、硝子体物質が時間の経過とともに結晶化しないことが重要です。ガラス質の薬物が安定であればあるほど、薬物の保存寿命は長くなります。
「より安定したガラスや新しいガラス形成材料を使用することで、多くの製品の耐用年数を延ばすことができ、それによって資源と経済を節約できます」とクリスチャン・ミュラー氏は述べています。
「超低脆性を有する新源ペリレン混合物のガラス化」が科学雑誌「Science Advances」に掲載されました。
投稿時間: 2021 年 12 月 6 日