美團隊用鋅及有機化合物打造出新型玻璃,柔韌性更高

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 15 日 16:00 | 分類 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

傳統的石英玻璃是由二氧化矽(SiO2)所製成的,而工業化還帶來了運用硼、聚合物和金屬等材料製成的各式玻璃,近期國外團隊開發出一種由金屬和有機化合物製成的全新玻璃類型「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。



除了組成原子的區別,ZIF-62 與二氧化矽玻璃的四面體結構大致相同,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,生產過程中都得非常謹慎保持平衡,多數材料必須在加熱至熔化後迅速冷卻,才能呈現非晶(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-forming ability,GFA)。

團隊在研究過程發現,隨著加入的 benzimidazolate 越多,玻璃形成能力也就越好,截至目前為止,二氧化矽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,它已經超過了 50 種現有的玻璃類型,甚至比矽基玻璃更柔韌。

儘管如此,ZIF-62 目前仍有一些問題需要解決。現有玻璃的製作過程受益於數千年的改良,相較之下 ZIF-62 還處於研究的早期階段,還無法與之競爭。

▲ 傳統玻璃的製程已經經過多次改良。(Source:pixabay

為了製造這種新型態的玻璃,團隊必須先合成有機化合物,然後將其與含水硝酸鋅(hydrous zinc nitrate)和溶劑混合,接著加熱到約 800°F(427°C)並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。

團隊目前已經運用光譜學和 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,但目前仍有許多內容有待了解。

研究作者之一的 John C. Mauro 表示,這種材質的玻璃非常新穎,儘管他們已經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製作過程適用於量產。」

團隊預計未來還將持續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》(Science Advances)期刊中。

(首圖來源:Pennsylvania State University

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