Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont réussi à créer un nouveau type de super-stable, verre durable avec des applications potentielles allant des médicaments, écrans numériques avancés, et la technologie des cellules solaires. L'étude montre comment le mélange de plusieurs molécules (jusqu'à huit à la fois) peut produire un matériau aussi performant que les meilleurs formateurs de verre actuellement connus.

Un verre, également connu sous le nom de "solide amorphe, " est un matériau qui n'a pas de structure ordonnée à longue distance - il ne forme pas de cristal. Les matériaux cristallins, par contre, sont ceux qui ont un motif hautement ordonné et répété. Le fait qu'un verre ne contienne pas de cristaux est ce qui fait c'est utile.

Les matériaux que nous appelons communément "verre" dans la vie de tous les jours sont principalement à base de dioxyde de silicium, mais le verre peut être formé à partir de nombreux matériaux différents. Les chercheurs sont donc toujours intéressés à trouver de nouvelles façons d'encourager différents matériaux à former cet état amorphe, ce qui peut potentiellement conduire au développement de nouveaux types de verre avec des propriétés améliorées et de nouvelles applications. La nouvelle étude, récemment publié dans la revue scientifique Avancées scientifiques , représente une étape importante dans cette recherche.

"Maintenant, nous avons soudainement ouvert le potentiel de créer de nouveaux et meilleurs matériaux vitreux, en mélangeant simplement de nombreuses molécules différentes. Ceux qui travaillent avec des molécules organiques savent qu'utiliser des mélanges de deux ou trois molécules différentes peut aider à former un verre, mais peu auraient pu s'attendre à ce que l'ajout de plus de molécules, et ce nombre, obtiendrait de tels résultats supérieurs, ", déclare le professeur Christian Müller du département de chimie et de génie chimique de l'université Chalmers, qui a dirigé l'équipe de recherche à l'origine de l'étude.

Meilleur résultat pour tout matériau de formage du verre

Un verre se forme lorsqu'un liquide est refroidi sans subir de cristallisation, un processus appelé vitrification. L'utilisation de mélanges de deux ou trois molécules pour favoriser la formation de verre est un concept bien établi. Cependant, l'impact du mélange d'une multitude de molécules sur la capacité à former un verre a reçu peu d'attention.

Les chercheurs ont expérimenté un mélange de jusqu'à huit molécules de pérylène différentes qui, individuellement, ont une grande fragilité, une propriété liée à la facilité avec laquelle un matériau forme un verre. Mais le mélange des nombreuses molécules entre elles a entraîné une diminution substantielle de la fragilité, et un formateur de verre très résistant avec une fragilité ultra-faible s'est formé.

"La fragilité du verre que nous avons créé dans l'étude est très faible, représentant la meilleure capacité de formation de verre qui a été mesurée non seulement pour n'importe quel matériau organique, mais également pour les polymères et les matériaux inorganiques tels que les verres métalliques en vrac. Les résultats sont même supérieurs à la capacité de formation du verre du verre à vitre ordinaire, l'un des meilleurs verriers que nous connaissions, " dit Sandra Hultmark, doctorant au Département de chimie et de génie chimique et auteur principal de l'étude.

Prolonger la durée de vie du produit et économiser les ressources

Des applications importantes pour des verres organiques plus stables sont les technologies d'affichage telles que les écrans OLED et les technologies d'énergie renouvelable telles que les cellules solaires organiques.

"Les OLED sont construits avec des couches vitreuses de molécules organiques électroluminescentes. Si elles étaient plus stables, cela pourrait améliorer la durabilité d'un OLED et, finalement, de l'affichage, ", explique Sandra Hultmark.

Une autre application qui peut bénéficier de verres plus stables sont les produits pharmaceutiques. Les médicaments amorphes se dissolvent plus rapidement, qui facilite l'absorption rapide de l'ingrédient actif lors de l'ingestion. D'où, de nombreux produits pharmaceutiques utilisent des formations médicamenteuses formant du verre. Pour les produits pharmaceutiques, il est essentiel que le matériau vitreux ne cristallise pas avec le temps. Plus le médicament vitreux est stable, plus la durée de conservation du médicament est longue.

"Avec des verres plus stables ou de nouveaux matériaux verriers, nous pourrions prolonger la durée de vie d'un grand nombre de produits, offrant des économies en termes de ressources et d'économie, ", explique Christian Müller.

"Vitrification of octonary perylene blends with ultralow fragility" a été publié dans la revue scientifique Avancées scientifiques .