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– El estudio muestra cómo la mezcla de múltiples moléculas, hasta ocho a la vez, puede dar como resultado un material que se desempeña tan bien como los mejores formadores de vidrio actualmente conocidos.
Cortesía de la Universidad Chalmers: Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han logrado crear un nuevo tipo de vidrios súper estables y duraderos con aplicaciones potenciales que van desde medicamentos, pantallas digitales avanzadas y tecnología de células solares.
Un vidrio, también conocido como “sólido amorfo”, es un material que no tiene una estructura ordenada de largo alcance, no forma un cristal. Los materiales cristalinos, por otro lado, son aquellos con un patrón altamente ordenado y repetitivo. El hecho de que un vaso no contenga cristales es lo que lo hace útil.
Los materiales que comúnmente llamamos “vidrio” en la vida cotidiana son en su mayoría a base de dióxido de silicio, pero el vidrio se puede formar a partir de muchos materiales diferentes. Por lo tanto, los investigadores siempre están interesados en encontrar nuevas formas de alentar a diferentes materiales a formar este estado amorfo, lo que potencialmente puede conducir al desarrollo de nuevos tipos de vidrio con propiedades mejoradas y nuevas aplicaciones.
El nuevo estudio, publicado recientemente en la revista científica Science Advances, representa un importante paso adelante en esa búsqueda.
“Ahora, hemos abierto el potencial para crear materiales vítreos nuevos y mejores, simplemente mezclando muchas moléculas diferentes. Aquellos que trabajan con moléculas orgánicas saben que el uso de mezclas de dos o tres moléculas diferentes puede ayudar a formar un vidrio, pero pocos podrían haber esperado que la adición de más moléculas, y tantas, lograría resultados tan superiores “, dice el profesor Christian Müller en el Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Chalmers, quien dirigió el equipo de investigación detrás del estudio.
El mejor resultado para cualquier material de formación de vidrio
Un vidrio se forma cuando un líquido se enfría sin experimentar cristalización, un proceso llamado vitrificación. El uso de mezclas de dos o tres moléculas para estimular la formación de vidrio es un concepto bien establecido. Sin embargo, el impacto de mezclar una multitud de moléculas sobre la capacidad de formar un vidrio ha recibido poca atención.
Los investigadores experimentaron con una mezcla de hasta ocho moléculas de perileno diferentes que, individualmente, tienen una alta fragilidad, una propiedad relacionada con la facilidad con la que un material forma un vidrio. Pero la mezcla de muchas moléculas resultó en una disminución sustancial de la fragilidad y se formó un formador de vidrio muy fuerte con fragilidad ultrabaja.
“La fragilidad del vidrio que creamos en el estudio es muy baja, lo que representa la mejor capacidad de formación de vidrio que se ha medido no solo para cualquier material orgánico, sino también para polímeros y materiales inorgánicos como vidrios metálicos a granel. Los resultados son incluso superiores a la capacidad de formación de vidrio del vidrio de ventana común, uno de los mejores formadores de vidrio que conocemos ”, dice Sandra Hultmark, estudiante de doctorado en el Departamento de Química e Ingeniería Química y autora principal del estudio.
Prolongar la vida útil del producto y ahorrar recursos
Las aplicaciones importantes para vidrios orgánicos más estables son las tecnologías de visualización como las pantallas OLED y las tecnologías de energía renovable como las células solares orgánicas.
“Los OLED están construidos con capas vítreas de moléculas orgánicas emisoras de luz. Si fueran vidrios más estables, podría mejorar la durabilidad de un OLED y, en última instancia, la pantalla ”, explica Sandra Hultmark.
Otra aplicación que puede beneficiarse de vidrios más estables son los productos farmacéuticos. Los fármacos amorfos se disuelven más rápidamente, lo que ayuda a una rápida absorción del ingrediente activo tras la ingestión. Por tanto, muchos productos farmacéuticos utilizan formaciones de fármacos formadores de vidrio. Para los productos farmacéuticos, es vital que el material vítreo no cristalice con el tiempo. Cuanto más estable sea el medicamento vítreo, mayor será la vida útil del medicamento.
“Con vidrios más estables o nuevos materiales de formación de vidrio, podríamos extender la vida útil de una gran cantidad de productos, ofreciendo ahorros en términos de recursos y economía”, dice Christian Müller.
Más sobre la investigación
- El artículo científico “Vitrificación de mezclas de perileno octonario con fragilidad ultrabaja” ha sido publicado en la revista científica Science Advances y está escrito por Sandra Hultmark, Alex Cravcenco, Khuschbu Khushwaha, Suman Mallick, Paul Erhardt, Karl Börjesson y Christian Müller. Los investigadores están activos en la Universidad Tecnológica de Chalmers y la Universidad de Gotemburgo.
- Los investigadores optaron por trabajar con una serie de pequeñas moléculas conjugadas que comprenden un núcleo de perileno con diferentes grupos alquilo colgantes en una de las posiciones de la bahía. Los ocho derivados del perileno cristalizan fácilmente cuando se extraen de la solución y muestran una fragilidad de más de 70.
- La mezcla de ocho derivados del perileno dio como resultado un material que muestra una fragilidad de solo 13, que es un valor récord bajo para cualquier material de formación de vidrio estudiado hasta la fecha, incluyendo polímeros y materiales inorgánicos como vidrios metálicos a granel y dióxido de silicio.
- El proyecto de investigación fue financiado por el Consejo de Investigación Sueco, el Consejo Europeo de Investigación y la Fundación Knut y Alice Wallenberg a través del proyecto: Mastering Morphology for Solution-Born Electronics.
Para mas información contacte: Christian Müller, profesor del Departamento de Química e Ingeniería Química, Universidad Tecnológica de Chalmers, +46 31-77227 90 christian.muller@chalmers.se
Sandra Hultmark, estudiante de doctorado en el Departamento de Química e Ingeniería Química, Universidad Tecnológica de Chalmers sanhul@chalmers.se
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