Optisk keramik møder metal-organiske rammer

Keramisk, en slags polykrystallinsk monolit sintret af uorganisk, ikke-metalliske krystallitter, er normalt uigennemsigtig på grund af defekter, tomrum og dobbeltbrydning. Eliminering af den indre lysspredning skaber gennemsigtig eller optisk keramik.

Jie-Peng Zhang og kolleger fra Sun Yat-Sen University udviklede nye metal-organiske rammer til fremstilling af optisk keramik. De har offentliggjort deres resultater i Videnskab Kina materialer .

Zhangs gruppe har været engageret i udviklingen af ​​metal-organiske rammer og deres anvendelser inden for adsorption, adskillelse og sansning i lang tid. Optisk keramik er en speciel type keramik, og, som enkeltkrystaller, de er optisk gennemsigtige. Udviklingen af ​​optisk keramik er stærkt afhængig af forløbermaterialerne.

"For at gøre keramik gennemsigtig, den indre pore og urenhed skal minimeres til nul. Dette er et meget strengt krav, " siger Zhang. "Forstadierne har ikke kun brug for høj renhed og ensartet størrelsesfordeling, men skal krystalliseres i kubisk symmetri for at fjerne dobbeltbrydningseffekt."

Ud over, fremstilling af keramik kræver en højtemperatursintringsproces. Derfor, til dato, kun få materialer kan bruges til optisk keramik.

Porøse koordinationspolymerer, også kendt som metal-organiske rammer (MOF'er), har fanget bred opmærksomhed for adsorption, katalyse, sansning og optik. "Imidlertid, almindeligvis, de er mikrokrystallinske pulvere, " siger han. "Det er stadig udfordrende at fremstille MOF-membraner og enkeltkrystaller med høj kvalitet og stor størrelse."

På trods af lav opløselighed i almindelige opløsningsmidler, MOF'ernes nanokrystaller og bygningsenheder har en bemærkelsesværdig valutakurs, især i korn med lille størrelse og stor krumning. Zhang siger, "Det er essentielt for krystalvækst og ion/ligandudvekslingsprocesser af MOF'er." En kondenseret monolit kan dannes ved at helbrede defekterne inde i aggregaterne, som er samlet af MOF nanokrystaller.

Zhang siger, "Denne filosofi motiverer os til at bruge MOF nanokrystaller som forstadier og derefter smelte dem sammen til en gennemsigtig monolit, dvs. metal-organisk optisk keramik (MOOC)."

SOD-typen zink(II)2-methylimidazolat, nemlig MAF-4 eller ZIF-8, er den første MOF med naturlig zeolittopologi og krystalsymmetri, grundigt undersøgt for sin specielle porestruktur og høje stabilitet. Zhang siger, "Eksperimentelt, vi brugte ethanol som opløsningsmiddel til at producere MAF-4 nanokrystaller med en diameter på 20 nm, og det gelatinøse stof opnået ved centrifugering blev tørret i luft ved stuetemperatur naturligt, som endelig omdannes til de farveløse og gennemsigtige monolitter eller MOOC-1, med 84 procent optisk transmittans. Hvis du tørrer prøverne ved høj temperatur eller i vakuum, ligesom generelle processer i MOF-synteser, du kan kun få MOF som almindelige hvide pulvere."

Røntgendiffraktionsanalyse indikerer, at MOOC-1 er polykrystallinsk i stedet for enkeltkrystal eller glas. Porøsiteterne inde i MOF-4 og dens samlinger tillader det selvlysende farvestof, sulforhodamin 640 (SRh), skal dopes i MOOC-1 for at danne en selvlysende optisk keramik SRh@MOOC-1, som producerer amplificeret spontan emission (ASE) med en lav energitærskel på 31 mikro-Joule pr. kvadratcentimeter stimuleret af en 532 nm laser. "Denne værdi er lavere end tidligere rapporter om MOF-baseret ASE/lasing. sænkning af opløsningsmidlets fordampningshastighed er en effektiv metode til at fusionere MOF nanokrystaller til en tæt og gennemsigtig krystal, " siger Zhang.

Prof. Xiao-Ming Chen ved Sun-Yat Sen University, grundlæggeren af ​​MAF-4, siger, "Denne strategi udvider kandidatområdet for optisk keramik og baner en ny måde at udvikle MOF-baserede enheder til optisk, adsorption, separations- og registreringsapplikationer."