Công trình nghiên cứu cho thấy, phương pháp trộn nhiều phân tử, đến tám phân tử cùng một lúc có thể tạo ra một vật liệu có chất lượng tốt như chất liệu tạo thủy tinh tốt nhất hiện nay.

Thủy tinh, còn được gọi là 'chất rắn vô định hình', một vật liệu không có cấu trúc có trật tự trên diện rộng, không tạo thành tinh thể. Vật liệu tinh thể là những vật liệu có mô hình lặp lại và theo một trật tự nhất định. 

Vật liệu mà chúng ta thường gọi là 'thủy tinh' trong cuộc sống bắt nguồn từ silicon dioxide, nhưng thủy tinh có thể được tạo thành từ nhiều vật liệu khác nhau. Các nhà khoa học luôn tìm khiếm những phương thức mới để chuyển hóa các vật liệu khác nhau thành trạng thái vô định hình. Các nhà khoa học đã có một bước tiến quan trọng theo hướng này, phát triển của nhiều loại thủy tinh mới với độ ổn định và độ bền cao cho các ứng dụng khác nhau. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí khoa học Science Advances.

GS Christian Müller thuộc Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Chalmers, lãnh đạo nhóm nghiên cứu cho biết "Chúng tôi bất ngờ tìm được biện pháp tạo ra những vật liệu thủy tinh mới và tốt hơn, bằng phương pháp trộn nhiều phân tử khác nhau”.

Các nhà khoa học, thường làm việc với các phân tử hữu cơ biết rằng, sử dụng hỗn hợp hai hoặc ba phân tử khác nhau có thể tạo thành thủy tinh, nhưng ít người có thể tin rằng, nếu thêm nhiều phân tử sẽ tạo ra thủy tinh với những tính chất tuyệt vời

Hiệu quả cho bất kỳ vật liệu tạo thủy tinh nào

Thủy tinh được hình thành khi chất lỏng vật liệu nguội đi, bỏ qua quá trình kết tinh, quy trình này được gọi là thủy tinh hóa. Sử dụng hỗn hợp của hai hoặc ba phân tử để thúc đẩy sự hình thành thủy tinh là một phương pháp đã có từ lâu. Nhưng việc trộn vô số phân tử tác động đến khả năng hình thành thủy tinh không được quan tâm.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm với một hỗn hợp có tám phân tử perylene khác nhau, riêng lẻ, có độ dễ vỡ cao. Đây là một đặc tính của vật liệu dễ dàng tạo thủy tinh. Nhưng khi trộn nhiều phân tử với nhau, độ dễ vỡ giảm đáng kể, hình thành loại thủy tinh siêu mỏng nhưng rất khó rạn vỡ ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt.

Theo Sandra Hultmark, nghiên cứu sinh TS tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học, độ dễ vỡ của thủy tinh rất thấp, thể hiện khả năng tạo thủy tinh tốt nhất đo lường được không chỉ đối với vật liệu hữu cơ mà cả polyme và vật liệu vô cơ như thủy tinh kim loại trọng lượng lớn. Kết quả thậm chí còn vượt trội hơn so với vật liệu thủy tinh của kính cửa sổ thông thường, loại kính tốt nhất sử dụng rộng rãi.

Kéo dài tuổi thọ sản phẩm và tiết kiệm tài nguyên

Những ứng dụng quan trọng đối với kính hữu cơ độ ổn định cao là công nghệ hiển thị như màn hình OLED và công nghệ năng lượng tái tạo như pin mặt trời hữu cơ.

Sandra Hultmark giải thích: "OLED được cấu tạo với các lớp thủy tinh những phân tử hữu cơ phát sáng. Nếu những lớp thủy tinh này ổn định hơn sẽ tăng cường độ bền của OLED và màn hình."

Việc sản xuất dược phẩm cũng có thể ứng dụng từ phương pháp tạo hình thủy tinh ổn định cao. Thuốc vô định hình hòa tan nhanh hơn, giúp hấp thu nhanh các thành phần hoạt tính khi uống. Nhiều loại dược phẩm sản xuất thuốc, sử dụng phương thức tạo thủy tinh. Đối với dược phẩm, vấn đề rất quan trọng là vật liệu dạng thủy tinh không kết tinh theo thời gian. Thuốc dạng thủy tinh càng bền thì thời hạn sử dụng của thuốc càng lâu.

Khả năng chế tạo những loại kính bền vững hoặc ứng dụng các vật liệu tạo thủy tinh mới có thể kéo dài thời gian sử dụng của rất nhiều các nhóm sản phẩm, tiết kiệm cả về tài nguyên và kinh tế.

Các nhà nghiên cứu thực nghiệm với một loạt các phân tử nhỏ, liên hợp lõi perylene với các nhóm alkyl mặt dây chuyền khác nhau. Tất cả tám dẫn xuất perylene dễ dàng kết tinh khi đúc từ dung dịch, độ dễ vỡ hơn 70.

Trộn tám dẫn xuất perylene tạo ra thủy tinh màn hình có độ mỏng chỉ 13, mỏng kỷ lục đối với bất kỳ vật liệu tạo thủy tinh nào bao gồm polyme, các vật liệu vô cơ như thủy tinh kim loại trọng lượng lớn và silicon dioxide.

Dự án nghiên cứu do Hội đồng Nghiên cứu Thụy Điển, Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu, Quỹ Knut và Alice Wallenberg tài trợ trong khuôn khổ dự án: Làm chủ Hình thái học cho Các giải pháp Điện tử.