Nye glasmaterialer fremstillet af organiske og uorganiske komponenter

Cambridge/Jena (16.11.2020) Forbindelser mellem organiske og uorganiske materialer er et almindeligt fænomen i naturen, f.eks., i opbygningen af ​​knogler og skeletstrukturer. De muliggør ofte kombinationer af egenskaber, som ikke kunne opnås med kun én type materiale. Inden for teknologisk materialeudvikling, imidlertid, disse såkaldte hybridmaterialer udgør stadig en stor udfordring i dag.

En ny klasse af hybridglasmaterialer

Forskere fra universiteterne i Jena (Tyskland) og Cambridge (GB) er nu lykkedes med at skabe en ny klasse af hybridglasmaterialer, der kombinerer organiske og uorganiske komponenter. At gøre dette, forskerne bruger specielle materialekombinationer, hvor der kan dannes kemiske bindinger mellem organometalliske og uorganiske glas. De inkluderede materialer sammensat af organometalliske netværk - såkaldte metal-organiske rammer (MOF'er) - som for nylig har oplevet en hastigt stigende forskningsinteresse. Det skyldes primært, at deres rammestrukturer kan skabes målrettet, fra længdeskalaen for individuelle molekyler op til nogle få nanometer. Dette opnår en kontrol af porøsiteten, som kan tilpasses til et stort antal applikationer, både hvad angår størrelsen af ​​porerne og deres permeabilitet, og med hensyn til de kemiske egenskaber, der er fremherskende på poreoverfladerne. For eksempel, adskillelsesmembraner eller opbevaringsanordninger til gasser og væsker, understøtninger til katalysatorer eller nye typer komponenter til elektriske energilagringsenheder kan designes.

"Det kemiske design af MOF-materialer følger et modulært princip, ifølge hvilke uorganiske noder er forbundet med hinanden via organiske molekyler for at danne et tredimensionelt netværk. Dette resulterer i en næsten uendelig række af mulige strukturer. Nogle få af disse strukturer kan omdannes til en glasagtig tilstand ved varmebehandling. Mens krystallinske MOF-materialer typisk syntetiseres i pulverform, væske- og glastilstanden åbner op for en bred vifte af behandlingsmuligheder og potentielle former, " forklarer Louis Longley fra University of Cambridge, Storbritannien.

Det bedste fra begge verdener kombineret

"Kombinationen af ​​sådanne MOF-afledte glas med klassiske uorganiske glasmaterialer kunne gøre det muligt at kombinere det bedste fra begge verdener, " siger Courtney Calahoo, en seniorforsker ved Chair of Glass Chemistry ved Friedrich Schiller University Jena, Tyskland. For eksempel, kompositglas af denne art kunne føre til væsentligt forbedrede mekaniske egenskaber ved at kombinere plastiks slag- og brudsejhed med den høje hårdhed og stivhed af uorganiske glas. Den afgørende faktor for at sikre, at de involverede materialer ikke blot blandes med hinanden, er skabelsen af ​​et kontaktområde, inden for hvilket der kan dannes kemiske bindinger mellem det organometalliske netværk og konventionelt glas. "Kun på den måde kan man få rigtig nye ejendomme, for eksempel i elektrisk ledningsevne eller mekanisk modstand, " forklarer Lothar Wondraczek, Professor i glaskemi i Jena.