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科學家研制出新型玻璃 采用金屬有機化合物打造
文章來源:未知     更新時間:2018-03-15 11:30:50

 傳統玻璃的主要成分是二氧化硅,但是看過《星際迷航》的朋友或許記得其中提到過的某種“透明鋁”材料。雖然“科幻照進現實”的事情不常有,但是最近,賓夕法尼亞州立大學的研究人員們還是取得了一項突破——打造了一種基于鋅的“金屬有機化合物玻璃”。這種材料叫做ZIF-62,結構式為被咪唑鈉(imidazolate)和苯并咪唑(benzimidazolate)分子包圍的一個鋅原子。


ZIF-62是一種金屬有機化合物(1金屬原子+2種類型的有機化合物)

  熟悉玻璃工藝的朋友們,或許對制造過程中摻雜的硼、聚合物、以及金屬有一點印象。但是賓夕法尼亞州立大學的最新研究,卻是打造了一種全新的玻璃類型。

  值得一提的是,這種新材料不僅更易形成玻璃、柔韌性更強、而且與石英玻璃擁有相同的金字塔形原子結構。(鋅在頂點,旁邊連結了四個有機化合物)

  按照學界的定義,“玻璃”必須足夠平滑、非晶體結構,因此在生產過程中必須非常小心地做到平衡。無論使用何種材料,都必須先加熱到融化的程度、然后迅速冷卻(這樣才不會有晶體的形成)。

  換言之,某種材料擁有避免結晶的方法,即被認作有形成玻璃的能力。傳統工藝上,硅玻璃擁有最佳的玻璃形成能力。但是研究人員支出,ZIF-62的性能更加優異。

  實際上,ZIF-62的特性,已經超越了現有的50種玻璃,并且比硅基玻璃更加柔韌。通過調整配方,研究人員發現,苯并咪唑(benzimidazolate)添加得越多、材料的玻璃形成能力就越佳。


研究配圖-2:性質變化分析圖(via:Science Advances)

  當然,與經過數千年提純改進的硅基玻璃工藝相比,ZIF-62也不是沒有缺點。在發展的初期,新材料還是難以與傳統工藝展開有力競爭的。為了制造全新的金屬有機玻璃,首先要形成有機化合物。

  先將它與水合硝酸鋅和一種溶劑相混合,然后以800℉(427℃)左右的溫度加熱很長一段時間,才能完全融化。但如果溫度超過了980℉(527℃),它又要開始汽化了。

  目前研究人員已經對ZIF-62的光學和機械性能進行了試驗。不過在了解材料本身性質的同時,為了將來能夠大規模生產,研究團隊也在尋找有關方法。

  論文合著者John C.Mauro表示:“這種玻璃家族很是新穎,雖然我們已經確定了它的玻璃形成能力和其它一些屬性,但還是沒有充分地描述他的所有物質特性”。

  在未來,研究人員還計劃對其它金屬有機玻璃配方進行探討,包括可能的鈷基玻璃。有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《科學進展》(Science Advances)期刊上。

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