使分子舒适:为教授马克ediger终极挑战

A small organic glass sample created in the Ediger 研究 Group displays an iridescent color
这个样本有机玻璃,在ediger的实验室做,一直以“老年前期,”这意味着它比变形最眼镜更慢。照片:标记ediger

“玻璃似乎工作得很好,”玻璃专家说 马克ediger在俯瞰顿街威斯康星大学麦迪逊分校电厂窗口手势。它们是玻璃的唯一明显的一点在他的办公室,所以21世纪的玻璃的讨论,需要反复引用朝着窗户,讽刺的是,正是这确实他没有太大的兴趣那种玻璃。

“如果你问一个普通的人,‘什么是玻璃?’他们会指向一个窗口,但玻璃的材料更广泛的范畴,说:” ediger,化学的威斯康星大学麦迪逊分校教授。 “一个塑料尺是聚合物的玻璃。波音787飞机的机身是用碳纤维增强的聚合物的玻璃。和三星智能手机的显示器由有机发光二极管的(有机发光二极管)利用有机眼镜“。

Professor 马克ediger uses a vacuum apparatus to make organic glass materials
标记ediger,化学教授,使得有机眼镜在该真空 仪器。 照片:大卫·特南鲍姆

30年ediger一直在探索有机玻璃的基本特性,而发明了的方式来控制分子的放置和减缓不具有晶体的刚性的物质的降解。

科学,玻璃是内置在无数的不同布置包装在一起的分子或原子组成的非结晶,固体材料。晶体只能容忍邻国之间的一个包装的安排。

作为ediger自己定位在窗口的阳光,他解释说,“硅酸盐”玻璃的科学 - 灯泡,啤酒瓶和窗户的东西,从沙很大程度上弥补 - 已经是非常先进的。

许多其他的眼镜,但是,存在于现代科学的前沿。这种兴趣ediger,例如,由有机分子制成的眼镜 - 基于碳化合物,在宇宙中的分子的最多样化的组合件的心脏的元素。

眼镜比晶体更灵活,EDIGER说。 “对于任何给定的有机分子,则只有几个晶体结构从接;你的运气了,如果他们中的一个没有你想要的属性。但在玻璃分子是极灵活的对他们当地的环境和他们是谁愿意与挂出,所以对于有机分子,还有的眼镜,我们可以使一个无穷数。一些眼镜可能,例如,拒水摄取或格外硬或由光抗蚀剂的降解。”

因为在大多数的眼镜,在OLED的光使分子取向随机或多或少,“但你希望这些分子定位以光的目的是向你的眼睛,”他说。先进的生产技术来控制OLED分子的取向会提高效率和延长手机的电池寿命。在玻璃分子的轻微但持续的运动最终会取得每年照亮手机显示一百多万元的OLED降低性能;更稳定的眼镜会延长显示屏寿命。

ediger承认这听起来像驯服分子的叛逆基。 “如果我们完全驯服它们,我们得到的晶体,这是我们不想要的,但我们已经找到一条中间道路,以产生在许多方面比传统的玻璃更好的材料,但不结晶。”

晶体具有其用途 - 硅晶体为计算机芯片,例如基础 - 但玻璃是较好的,如果你想通过窗户看到或使用光进行数字通信。 “一个光纤具有以能够携带的信号是什么 - 60英里 - 没有被散射由晶体之间的边界,” EDIGER说。 “没有办法,你可以做到这一点与结晶。”

在2007年,在该杂志科学,ediger和他的同事发表在追求的一个关键提前晶体的刚性重复和玻璃的无定形的无政府状态之间的中间地带。文章描述通过在一个真空室中的冷板沉积有机分子的蒸气用有机玻璃制成。 “起初我们不知道我们在做,我们只知道它是离奇,意外,”他说。

毕业 student Yue Qiu stands in an Ediger Group research laboratory

跃秋,标记ediger的研究生,使用真空沉积,使有机发光二极管,诸如那些在三星智能电话中发现的实验化合物。照片:大卫·特南鲍姆

中子照射下如预期,新材料没有表现。 “我们将温度提高到东西,我们想通将开始移动的分子,但我们必须提高分子在另一个之前25度(摄氏)开始移动时的温度。后来我们做了玻璃的形式,其中分子好多了包装,他们不动,直到我们达到更高的温度“。

ediger曾在办法“预时效”玻璃跌跌撞撞地回避随着时间的推移造成轻微的原子重新排列看似不可避免的退化。 “我们的贡献是表明有传统的玻璃和水晶之间的这个有趣的空间,”他说。 “你把顺序,但如果你投入了太多的订单,就变成了水晶,和太远,就都没有了。”

ediger最终想通了,冷板沉积工艺允许的分子沉淀成一个“舒适”位置“然后得到由另一个分子埋”是把他们锁在的地方。

该技术可媲美即时生产葡萄酒的古代酒的,他解释说。 “这些材料是有效的数千或几百万年的历史。他们已经有机会找到一个打包安排他们与非常高兴,并会在那里呆上很长一段时间“。

ediger,堪萨斯原生说,他开始对他的追求,灌输一些押韵和原因在非晶材料在斯坦福大学的研究生。 “玻璃是用于实验我在做对照。玻璃被认为是枯燥的,稳定的,但我有多少的分子周围剑拔弩张很惊讶。”

Professor 马克ediger sits in his office in the Chemistry Building at 威斯康星大学麦迪逊分校
“如果你问一个普通的人,‘什么是玻璃?’他们会指向一个窗口,但玻璃的材料更广泛的范畴,说:” ediger。 照片:大卫·特南鲍姆

ediger的玻璃迷恋增长时拍拍海德,他的第一个威斯康星大学麦迪逊分校的研究生,“中指出,我们可以做实验,了解一种新的方式的玻璃。在这种或那种方式,那次谈话一直负责的是什么我在威斯康星大学麦迪逊分校做了至少一半。在一个伟大的大学,你有光明,有趣的年轻人谁有好的想法,他们可以,否则它不会去一个方向移动的科学“。

ediger自己描述为“一个实际的人”,并解释说,他的理论目标是理解支配的形成和随着时间的推移玻璃必然转型的规则。

理论和实用性之间的交叉授粉继续ediger的实验室,如研究生跃秋使用真空沉积,以制备一组新的化合物,这可能是用于OLED有用。 “岳的工作回答一个基本问题,也可以在实践中,” EDIGER说。 “有机发光二极管随时间恶化,因此手机显示屏得到调光器,和悦的工作可能会消除。”

邱“还要求适用非常广泛玻璃技术的许多方面一个重要的基本问题,” EDIGER说。 “你怎么收拾分子在玻璃得太紧,光线不能导致分子重新排列?你可以通过反复试验改进手机的显示器,但是这将是一个漫长的过程。如果我们能够确定的原则,我们可以从削减年“。

大卫·特南鲍姆,大学通信