Forscher der Pennsylvania State University haben eine neue Klasse von Glas aus Metall und organischen Verbindungen gefunden. Dieses neue Glas weist im Vergleich zu mehr als 50 verschiedenen Arten herkömmlicher Gläser bessere mechanische und optische Eigenschaften auf.
Die Wissenschaftler haben ihre Forschung ZIF-62 genannt. Die neue Glasart hat die gleiche Atomstruktur wie normales Glas, das anstelle von Siliziumatomen um Zinkatome gebildet wird.
Das neue Glas wird schneller geformt und ist viel flexibler als ein normales Glas. Das Glas ist eine Flüssigkeit, die bei normalen Temperaturen als Pseudofeststoff vorliegt. Es entsteht normalerweise durch Überhitzen von Rohstoffen und Unterkühlen, so dass sie eine bildenamorphe Struktur, die im gesamten Feststoff nicht gleichmäßig ist.
Eines der Hauptmerkmale von Glas ist die glatte Oberfläche. Beide früheren Merkmale von Glas werden nur durch einen Balanceakt während der Herstellung instanziiert. Der Balanceakt eines Materials, das die Kristallproduktion umgeht und einen amorphen Feststoff bildet, wird als sein bezeichnetGlasbildungsfähigkeit GFA.
Das Forscherteam des Bundesstaates Penn behauptet, dass ZIF-62 die GFA vieler vorhandener Glasmaterialien übertroffen hat. Im Gegensatz zu herkömmlichem Quarzglas mit Silizium im Zentrum und anorganischen Verbindungen hat das neue Glas ein Zinkatom, das von zwei organischen umgeben istVerbindungen, Benzimidazolat und Imidazolat, um ein metallorganisches Gerüst MOF zu erzeugen.
Forscher fanden auch heraus, dass eine Erhöhung der Benzimidazolatmenge die GFA weiter erhöhte.
Das metallorganische Gerüst ist die Grundlage für neue Glasmaterialien wie ZIF-62. Wissenschaftler haben festgestellt, dass das MOF dem Glasbildungsfähigkeitsindex eine quantifizierbarere Zahl hinzufügt.
Der Glasformungsfähigkeitsindex ist das Verhältnis zwischen der Glasübergangstemperatur anders als beim Gefrierübergang und der Schmelztemperatur. Er wird verwendet, um die besten Rohstoffe für die Glasherstellung zu ermitteln.
Wissenschaftler konnten nachweisen, dass ZIF-62 im Vergleich zu anderen Gläsern anorganisch, organisch oder metallisch einen sehr hohen Viskositätsindex aufweist. Aufgrund seiner höheren Flexibilität ist das neue metallorganische Gerüstglas möglicherweise eine bessere Alternative zur Verwendungin Glasfaserkabeln für Highspeed-Internet und andere verschiedene Anwendungen wie bruchsichere Fenster oder flexible Touchscreen-Technologie.
Es gibt jedoch noch einige Produktionsprobleme. Sie müssen zuerst synthetisiert werden. Die organischen Verbindungen benötigen zum Auflösen ein Lösungsmittel namens N, N'-Dimethylformamid und müssen mit wasserhaltigem Zinknitrat gemischt werden.Es muss über einen längeren Zeitraum auf 700 K 427 ° C erhitzt werden und die Temperatur sollte nicht mehr als 800 K 527 ° C ansteigen. Andernfalls beginnt sich das Rohmaterial zu verflüchtigen und zu Dämpfen zu werden.
Das Forschungsteam ist dabei, einen kostengünstigen und skalierbaren Weg für die kommerzielle Herstellung des neuen Glases zu finden. Bisher haben sie nur analysierte die mechanischen und optischen Eigenschaften des neuen Glases.
"Diese Familie von Gläsern ist so neu, dass wir zwar ihre Glasbildungsfähigkeit und einige andere Eigenschaften bestimmt haben, aber nicht alle Materialeigenschaften vollständig charakterisiert haben." sagte John C. Mauro, Mitautor einer Studie. "Es muss auch erforscht werden, wie dieser Prozess für die Herstellung skaliert werden kann."
Der Erfolg des Glases auf Zinkbasis hat die Forscher ermutigt, mit Gläsern auf Kobaltbasis und anderen verschiedenen Gläsern zu arbeiten.