傳統玻璃的主要成分是二氧化矽, 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——打造了一種基於鋅的 '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) 和苯並咪唑 (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, 或許對製造過程中摻雜的硼, 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, 然後迅速冷卻 (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, 矽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, 並且比矽基玻璃更加柔韌. 通過調整配方, 研究人員發現, 苯並咪唑 (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矽基玻璃工藝相比, 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. 為了製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, 然後以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.
