傳統(tǒng)的石英玻璃是由二氧化硅(SiO2)所制成的,而工業(yè)化還帶來了運用硼、聚合物和金屬等材料制成的各式玻璃,近期國外團隊開發(fā)出一種由金屬和有機化合物制成的全新玻璃類型「ZIF-62」,這種新材料不僅比舊有類型更容易形成玻璃,同時也具有更高的柔韌性。
除了組成原子的區(qū)別,ZIF-62與二氧化硅玻璃的四面體結(jié)構(gòu)大致相同,中心的鋅(zinc)原子被兩種有機化合物圍繞,這兩種有機化合物分別是imidazolate和benzimidazolate。
不論是哪種類型的玻璃,為了保持表面光滑,生產(chǎn)過程中都得非常謹慎保持平衡,多數(shù)材料必須在加熱至熔化后迅速冷卻,才能呈現(xiàn)非晶(Amorphous)的形式,而這種材料在焠火時形成玻璃的能耐便被稱為「玻璃形成能力」(glass-formingability,GFA)。
團隊在研究過程發(fā)現(xiàn),隨著加入的benzimidazolate越多,玻璃形成能力也就越好,截至目前為止,二氧化硅玻璃是已知具有玻璃形成能力的組成,但團隊認為,ZIF-62將會改寫這項紀錄,它已經(jīng)超過了50種現(xiàn)有的玻璃類型,甚至比硅基玻璃更柔韌。
盡管如此,ZIF-62目前仍有一些問題需要解決?,F(xiàn)有玻璃的制作過程受益于數(shù)千年的改良,相較之下ZIF-62還處于研究的早期階段,還無法與之競爭。
為了制造這種新型態(tài)的玻璃,團隊必須先合成有機化合物,然后將其與含水硝酸鋅(hydrouszincnitrate)和溶劑混合,接著加熱到約800°F(427°C)并維持一段時間才能完全熔化,但當溫度達到980°F(527°C)時,它則將會開始蒸發(fā)。
團隊目前已經(jīng)運用光譜學和X光觀察了一些材料特性,也對ZIF-62的光學和機械性能進行了一些測量,其中一些測試還是在紐約康寧公司(Corning)完成,但目前仍有許多內(nèi)容有待了解。
研究作者之一的JohnC.Mauro表示,這種材質(zhì)的玻璃非常新穎,盡管他們已經(jīng)確定了它的玻璃形成能力和一些能力,但我們還沒有完全了解它所有的材料特性,“我們還需要研究如何將制作過程適用于量產(chǎn)。”
團隊預計未來還將持續(xù)研究其他的金屬有機玻璃配方,包括潛在的鈷基玻璃(cobalt-based),這項研究目前已公布在《科學進展》(ScienceAdvances)期刊中。