科学家研制出新型玻璃采用金属农业生产体系化合物打造
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,宾夕法尼亚州立大学的研究人员们还是取得了一项打破——打造了一种基于锌的“金属农业生产体系化合物玻璃”。这种材料叫做ZIF62,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。
ZIF62是一种金属农业生产体系化合物(1金属原子+2种类型的农业生产体系化合物)
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,旁边连结了四个农业生产体系化合物)
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,硅玻璃拥有的玻璃形成能力。但是研究人员支出,ZIF62的性能更加优异。
实际上,ZIF62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:ScienceAdvances)
当然,与经过数千年提纯改进的硅基玻璃工艺相比,ZIF62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农业生产体系玻璃,首先要形成农业生产体系化合物。
先将它与水合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ZIF62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JohnC.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农业生产体系玻璃配方进行探讨,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》(ScienceAdvances)期刊上。
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