传统玻璃的主要成分是二氧化硅, 但是看过《星际迷航》的朋友或许记得其中提到过的某种 '透明铝' 材料. 虽然 '科幻照进现实' 的事情不常有, 但是最近, 宾夕法尼亚州立大学的研究人员们还是取得了一项突破——打造了一种基于锌的 '金属有机化合物玻璃' . 这种材料叫做ZIF-62, 结构式为被咪唑钠 (imidazolate) 和苯并咪唑 (benzimidazolate) 分子包围的一个锌原子.
ZIF-62是一种金属有机化合物 (1金属原子+2种类型的有机化合物)
熟悉玻璃工艺的朋友们, 或许对制造过程中掺杂的硼, 聚合物, 以及金属有一点印象. 但是宾夕法尼亚州立大学的最新研究, 却是打造了一种全新的玻璃类型.
值得一提的是, 这种新材料不仅更易形成玻璃, 柔韧性更强, 而且与石英玻璃拥有相同的金字塔形原子结构. (锌在顶点, 旁边连结了四个有机化合物)
按照学界的定义, '玻璃' 必须足够平滑, 非晶体结构, 因此在生产过程中必须非常小心地做到平衡. 无论使用何种材料, 都必须先加热到融化的程度, 然后迅速冷却 (这样才不会有晶体的形成) .
换言之, 某种材料拥有避免结晶的方法, 即被认作有形成玻璃的能力. 传统工艺上, 硅玻璃拥有最佳的玻璃形成能力. 但是研究人员支出, ZIF-62的性能更加优异.
实际上, ZIF-62的特性, 已经超越了现有的50种玻璃, 并且比硅基玻璃更加柔韧. 通过调整配方, 研究人员发现, 苯并咪唑 (benzimidazolate) 添加得越多, 材料的玻璃形成能力就越佳.
研究配图-2: 性质变化分析图 (via: Science Advances)
当然, 与经过数千年提纯改进的硅基玻璃工艺相比, ZIF-62也不是没有缺点. 在发展的初期, 新材料还是难以与传统工艺展开有力竞争的. 为了制造全新的金属有机玻璃, 首先要形成有机化合物.
先将它与水合硝酸锌和一种溶剂相混合, 然后以800℉ (427℃) 左右的温度加热很长一段时间, 才能完全融化. 但如果温度超过了980℉ (527℃) , 它又要开始汽化了.
目前研究人员已经对ZIF-62的光学和机械性能进行了试验. 不过在了解材料本身性质的同时, 为了将来能够大规模生产, 研究团队也在寻找有关方法.
论文合著者John C.Mauro表示: '这种玻璃家族很是新颖, 虽然我们已经确定了它的玻璃形成能力和其它一些属性, 但还是没有充分地描述他的所有物质特性' .
在未来, 研究人员还计划对其它金属有机玻璃配方进行探讨, 包括可能的钴基玻璃. 有关这项研究的详情, 已经发表在近日出版的《科学进展》 (Science Advances) 期刊上.
