Smeltende glas fra usmeltelige forbindelser

Briller er en uundværlig del af hverdagen. En af de vigtigste grunde til dette er, at glasgenstande kan fremstilles næsten universelt og billigt i en lang række forskellige former og størrelser ved hjælp af deres tilsvarende smelter. Forarbejdning i den (viskose) væskefase giver en alsidighed, som næppe kan opnås med andre materialer. Imidlertid, det forudsætter, at det materiale, som glasset er lavet af, hvad angår dets kemiske sammensætning, overhovedet kan smeltes.

Såkaldte metal-organiske rammeforbindelser - kort sagt MOF'er - har tiltrukket sig stor interesse i de senere år. På grund af deres særlige egenskaber, de anses for at have et stort potentiale for fremtidige anvendelser inden for energi- og miljøteknologi, men også som sensorkomponenter og inden for bio- og biovidenskab. For eksempel, MOF'er kan anvendes som udgangsmaterialer til filtermembraner til adskillelse af gasser i tekniske forbrændingsprocesser eller til vandbehandling. Grundlaget for de mange mulige anvendelser er først og fremmest én fremragende egenskab ved MOF'er:deres høje og stort set kontrollerbare porøsitet. MOF-stoffer består af uorganiske partikler, der er forbundet med organiske molekyler til at danne et netværk af porer. Da MOF'er overvejende er i pulverform, en primær udfordring i feltet er at producere bulkkomponenter. Det er her briller kommer i spil.

Afvejning mellem egenskaber og bearbejdelighed

Men bortset fra nogle få undtagelser, porøsiteten af ​​alle ting forhindrer materialerne i at være smeltbare og, dermed, kan forarbejdes til komponenter af den ønskede form. Kemikere fra Friedrich Schiller Universitetet i Jena, Tyskland, og University of Cambridge, Det Forenede Kongerige, har nu fundet en løsning på dette problem. De rapporterer om deres forskningsresultater i det aktuelle nummer af Naturkommunikation .

For at producere komponenter til industrielle anvendelser fra MOF'er, de kan forarbejdes til såkaldte hybridglas, for eksempel. At gøre dette, imidlertid, du skal smelte dem ned - en proces, der ikke er ligetil i dette specifikke tilfælde. Indtil nu, kun en håndfuld kandidater af denne klasse af stoffer er faktisk blevet påvist at være smeltelige. "I de fleste kendte MOF-materialer, den høje porøsitet er en af ​​grundene til, at de - ved opvarmning - nedbrydes termisk, før de når deres smeltepunkt, det er, de brænder, " forklarer Vahid Nozari, doktorand ved Laboratory of Glass Science ved University of Jena. Det er netop den egenskab, der gør disse materialer så interessante, der også forhindrer dem i at blive bearbejdet ved hjælp af glasruten.

Identifikation af kombinationer af ioniske væsker, MOF-matricer og smelteforhold

Så hvordan gør man et ikke-smeltbart materiale smelteligt for at forme og behandle det i dets flydende tilstand? Holdet ledet af Jena-professor Lothar Wondraczek har nu fundet et svar på dette spørgsmål. "Vi fyldte porerne med en ionisk væske, der stabiliserer den indre overflade på en sådan måde, at stoffet endelig kan smelte, før det overhovedet nedbrydes, " forklarer Wondraczek. Forskerne var i stand til at vise, hvordan normalt ikke-smeltbare stoffer fra MOF-familien af ​​zeolitiske imidazolat-rammer (ZIF'er) faktisk kan omdannes til en flydende tilstand og, endelig, et glas. "På denne måde den ønskede komponent kan opnås, for eksempel, i form af en membran eller en skive. Rester af den anvendte ioniske væske kan derefter vaskes ud efter formning."

Nøglen til fremtidige anvendelser er de interaktioner, der finder sted mellem den ioniske væske og MOF-materialet. Disse bestemmer reversibiliteten af ​​processen, dvs. muligheden for at udvaske hjælpevæsken efter smeltningsprocessen. Hvis reaktionerne ikke tilpasses, enten er poreoverfladen ikke tilstrækkeligt stabiliseret, eller der er en irreversibel kemisk binding mellem MOF og dele af den ioniske væske. Derfor, ideelle kombinationer af væsker, matrixmaterialer og smelteforhold skal identificeres med henblik på den ønskede anvendelse, så store genstande ville blive mulige.