Металлоорганические соединения производят стекло нового класса

Стеклообразующая способность — это способность жидкости избегать кристаллизации при охлаждении.«Стекло — это жидкость, замороженная в виде твердого материала в некристаллической форме», — сказал Джон К. Мауро, профессор материаловедения и инженерии Пенсильванского университета. «Механически он ведет себя как твердое тело, но находится где-то между жидкостью и твердым телом».Ключ к созданию стекла — это расплавить исходные материалы, а затем каким-то образом охладить их, чтобы не образовывались кристаллы.

Один из способов сделать это — быстрое охлаждение или закалка. Это сокращает время образования кристаллов из-за быстрого падения температуры.

Основное кварцевое стекло имеет тетраэдрическую структуру с кремнием в центре и четырьмя атомами кислорода по углам. Тетраэдр — это треугольная пирамида. Каждый кислород присоединяется к другому тетраэдру с кремнием в центре.

Металлоорганическое стекло, которое исследователи создали, заменяет кремний цинком, но в нем используются два похожих, но разных органических соединения — имидазолат и бензимидазолат. Эти органические молекулы случайным образом занимают место атомов кислорода в углах тетраэдра.

Кремнеземное стекло обладало лучшей стеклообразующей способностью из всех стекол, пока исследователи не синтезировали металлоорганическое стекло ZIF-62 на основе цинка, сообщили исследователи сегодня (9 марта) онлайн в Science Advances. Они заметили, что чем больше бензимидазолата входит в металл / органический каркас, тем лучше стеклообразующая способность. Более вязкие жидкости с самыми объемными лигандами, как правило, лучше всего сопротивляются кристаллизации.ЗИФ-62 обладает лучшей стеклообразующей способностью из 50 существующих стекол, и хотя стандартное кварцевое стекло является хрупким, металлоорганическое стекло гораздо более пластично, что также может повысить его стеклообразующую способность.

Органическое стекло на основе цинка труднее производить, чем кварцевое стекло, потому что сначала необходимо синтезировать органические соединения имидазолат и бензимидазолат, смешанные с водным нитратом цинка и растворителем. Затем смесь тает примерно при 800 градусах по Фаренгейту.Температура важна, потому что смесь должна полностью расплавиться, но не достичь примерно 980 градусов по Фаренгейту, при этом расплавленное стекло испарится.

Исследователи изучили свойства некоторых материалов, используя различные спектроскопические методы и дифракцию рентгеновских лучей. Они также измерили механические свойства расплавленного стекла и оптическое пропускание. Некоторые из этих тестов были проведены в Corning Inc. в Корнинге, Нью-Йорк.«Это семейство стекол настолько новое, что, хотя мы определили его стеклообразующую способность и некоторые другие свойства, мы не полностью охарактеризовали все свойства его материала», — сказал Мауро. «Также необходимо провести исследование того, как расширить этот процесс для производства».

Исследователи также хотели бы определить другие комбинации металлов и органических соединений для изготовления различных стекол. Затем они планируют взглянуть на стекло на основе кобальта.


Портал обо всем