由有機和無機成分製成的新型玻璃材料

2020-12-22 科技報告與資訊

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有機材料和無機材料之間的聯繫是自然界中常見的現象,它們往往能夠實現僅用一種材料無法實現的性能組合。然而,在技術材料發展中,這些所謂的混合材料仍然是當今的一大挑戰。

來自德國耶拿大學和英國劍橋大學的研究人員日前創造出了一類新的混合玻璃材料,它將有機成分和無機成分結合在一起。科學家們利用特殊的材料組合,在有機金屬和無機玻璃之間可以產生化學鍵。他們包括由有機金屬網絡組成的材料,所謂的金屬有機框架(MOFs)。這主要是因為它們的框架結構可以有針對性地創建,從單個分子的長度尺度到幾納米。這就實現了對孔隙度的控制,可以適應大量的應用,無論是在孔隙的大小和滲透性方面,還是在孔隙表面普遍存在的化學特性方面。例如,可以設計出氣體和液體的分離膜或儲存裝置、催化劑的支撐物或電能儲存裝置的新型部件。

"MOF材料的化學設計遵循模塊化原則,根據這一原則,無機節點通過有機分子相互連接,形成一個三維網絡,這就可以構成幾乎無限多樣的可能結構。其中少數結構可以通過熱處理轉化為玻璃態。英國劍橋大學的Louis Longley解釋說:"雖然晶體MOF材料通常是以粉末形式合成的,但液態和玻璃態則提供了廣泛的加工選擇和潛在形狀。

德國耶拿弗裡德裡希-席勒大學玻璃化學教席的高級科學家Courtney Calahoo說:"將這種MOF衍生玻璃與經典的無機玻璃材料結合起來,可以實現兩全其美。例如,這種複合玻璃可以將塑料的衝擊和斷裂韌性與無機玻璃的高硬度和高剛性相結合,從而使機械性能得到顯著改善。確保所涉及的材料不是簡單地相互混合而是創造一個接觸區域,在這個區域內,有機金屬網絡和傳統玻璃之間可以形成化學鍵。"只有這樣才能真正獲得新的性能,例如在導電性或機械阻力方面,"耶拿玻璃化學教授Lothar Wondraczek解釋說。

論文標題為《Metal-organic framework and inorganic glass composites》。

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