Работа вращается вокруг семейства соединений, называемых металлоорганическими каркасами (MOF), которые представляют собой каркасные структуры, состоящие из ионов металлов, связанных органическими связями. Их пористые свойства привели к предполагаемому применению в улавливании углерода, хранении водорода и разделении токсичных газов из-за их способности избирательно адсорбировать и хранить предварительно выбранные целевые молекулы, что очень похоже на строительное сито, которое различает не только размер, но и химический состав. личность.
Однако с момента их открытия четверть века назад их потенциал для крупномасштабного промышленного использования был ограничен из-за трудностей в производстве футеровок, тонких пленок, волокнистых или других « фасонных » структур из порошков, полученных путем химического синтеза. Такие ограничения возникают из-за относительно плохих термических и механических свойств MOF по сравнению с такими материалами, как керамика или металлы, и в прошлом приводили к структурному разрушению во время методов последующей обработки, таких как спекание или литье из расплава.
Теперь группа исследователей из Европы, Китая и Японии обнаружила, что тщательный выбор MOF и нагрев в атмосфере аргона, по-видимому, повышает их температуру разложения ровно настолько, чтобы позволить расплавиться, а не разрушать порошки. Образующиеся жидкости потенциально могут быть сформированы, отлиты и перекристаллизованы, чтобы обеспечить твердые структуры для использования в разделении и хранении газов.
Доктор Томас Беннетт из Департамента материаловедения и металлургии Кембриджского университета говорит: «Традиционные методы, используемые при литье металлов в расплав или спекании керамики, вызывают структурное разрушение MOF из-за термического разрушения структур при низких температурах.
Изучая взаимосвязь между плавлением, перекристаллизацией и термическим разложением, теперь мы должны иметь возможность производить различные формы и структуры, которые ранее были невозможны, что делает применение MOF более актуальным в промышленном отношении."
Не менее важно, говорят исследователи, что стекла, которые можно производить путем быстрого охлаждения жидкостей, сами по себе являются новой категорией материалов.
Дальнейшая адаптация химических функциональностей может быть возможна за счет легкости, с которой различные элементы могут быть включены в MOF перед плавлением и охлаждением.
Профессор Юаньчжэн Юэ из Ольборгского университета добавляет: «Второй аспект работы — это сами очки, которые кажутся отличными от существующих категорий.
Образование стекол, которые содержат взаимозаменяемые металлические и органические компоненты, весьма необычно, поскольку они обычно являются либо чисто органическими, например, в полимерах, проводящих солнечные элементы, либо полностью неорганическими, такими как оксидные или металлические стекла. Понимание механизма образования гибридного стекла также будет в значительной степени способствовать развитию наших знаний о стеклообразователях в целом."
Используя передовые возможности синхротрона Diamond Light Source в Великобритании, команда смогла детально изучить металлоорганические каркасы.
Профессор Тревор Реймент, директор по физическим наукам в Diamond, комментирует: «Эта работа является захватывающим примером того, как работа с синхротронным излучением, которая углубляет наше фундаментальное понимание свойств стекол, также открывает заманчивые перспективы практического применения новых материалов. Эта работа может иметь длительное влияние на обе границы знаний."
Исследователи полагают, что новая технология может открыть возможность производства стекол с химическим составом, при котором различные металлы или органические вещества заменяются на MOF или извлекаются из них перед плавлением.