英國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)和劍橋大學(xué)的研究人員表示，ZIF玻璃是一種新型玻璃系列，它可以將硅酸鹽玻璃的透明度與非脆性的金屬玻璃相結(jié)合。

“我們確信透明度，”賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)與工程教授John Mauro說(shuō)。“我們必須等到更大的樣品才能知道它是否具有金屬玻璃的驚人延展性，但看起來(lái)很有希望。”

最新一類(lèi)的玻璃形成材料，即沸石咪唑酯骨架(ZIF)，具有金屬離子通過(guò)有機(jī)配體連接的結(jié)構(gòu)。當(dāng)在有限的高溫范圍內(nèi)加熱時(shí)，一些ZIF材料將熔化并重新形成玻璃狀結(jié)構(gòu)，其中原子具有無(wú)序結(jié)構(gòu)。除了透明且更易彎曲的玻璃的潛力之外，一些ZIF包含大量可用于儲(chǔ)存氣體的功能性孔 - 金屬 - 有機(jī)骨架已被提議作為用于燃料電池車(chē)輛的氫儲(chǔ)存的籠子，催化，氣體分離甚至藥物輸送。

“ZIF是如此新穎，以至于人們只是在發(fā)現(xiàn)哪種化學(xué)物質(zhì)會(huì)形成眼鏡，”Mauro說(shuō)。“我們小組的目標(biāo)是通過(guò)建模加速這些新眼鏡的設(shè)計(jì)。”

在最近的兩篇期刊文章中，Mauro及其同事使用不同的建模方法來(lái)加深對(duì)ZIF玻璃的理解和預(yù)測(cè)。第一種建模方法ReaxFF由賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械工程教授Adri van Duin開(kāi)發(fā)，他是兩篇論文的共同作者。ReaxFF是一種計(jì)算快速且經(jīng)濟(jì)的方法，用于模擬候選材料的熔化和重整。

“模擬這些系統(tǒng)很困難，因?yàn)檫@些模型通常是為有機(jī)系統(tǒng)或無(wú)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，但不是兩者都有，”Mauro的博士后學(xué)者和兩篇論文的第一作者Yongjian Yang說(shuō)。“另外，與ReaxFF不同，其他型號(hào)不允許在玻璃成型中發(fā)生粘合破壞和重整。”

Yang補(bǔ)充說(shuō)，使用ReaxFF將模擬執(zhí)行所需的時(shí)間縮短到幾個(gè)小時(shí)，而不是使用量子力學(xué)方法花費(fèi)的幾天。

在最近發(fā)表在Journal of Physical Chemistry Letters上的論文中，研究人員使用了另一種最初為另一類(lèi)稱(chēng)為硫?qū)倩锊ＡУ难坨R開(kāi)發(fā)的建模方法。

“詹姆斯菲利普斯提出，我們可以像考慮在橋梁或埃菲爾鐵塔中設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)一樣考慮眼鏡，”毛羅說(shuō)。

菲利普斯當(dāng)時(shí)在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，現(xiàn)在在羅格斯大學(xué)，提出了一種基于原子自由度與其他原子的剛性鍵數(shù)相比優(yōu)化玻璃的方法。當(dāng)粘合劑等于自由度 - 向上，向下或側(cè)向移動(dòng)的能力 - 系統(tǒng)通常處于形成穩(wěn)定玻璃的最佳狀態(tài)。

來(lái)自康寧公司的Mauro和俄亥俄州立大學(xué)的Prabhat Gupta將該理論擴(kuò)展到開(kāi)發(fā)所謂的溫度相關(guān)約束理論，該理論解釋了高溫下的鍵斷裂，并且還擴(kuò)展了理論以對(duì)玻璃特性進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。 。

“因?yàn)槲覀兊睦碚撌腔趥驮拥挠?jì)數(shù)，所以它可以用鉛筆和紙來(lái)解決，”毛羅說(shuō)。“我們可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)玻璃硬度，彈性模量，粘度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等特性。”

盡管他們的理論在2008年制定，已經(jīng)成功應(yīng)用于許多氧化物玻璃系統(tǒng)并用于工業(yè)玻璃組合物的配方，但這是第一次將其應(yīng)用于ZIF金屬 - 有機(jī)玻璃系統(tǒng)。

劍橋大學(xué)的Thomas Bennett領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作的實(shí)驗(yàn)部分，包括ZIF樣品的合成，目前這些樣品的尺寸僅為幾毫米。

“還有很多挑戰(zhàn)需要解決，”毛羅說(shuō)。“我們希望使用這些建模方法來(lái)預(yù)測(cè)我們可以用來(lái)提升工業(yè)規(guī)模然后商業(yè)化的玻璃。擁有光學(xué)透明和機(jī)械延展性的玻璃不是很好嗎?”