科學家研製出新型玻璃 採用金屬有機化合物打造

傳統玻璃的主要成分是二氧化硅，但是看過《星際迷航》的朋友或許記得其中提到過的某種「透明鋁」材料。雖然「科幻照進現實」的事情不常有，但是最近，賓夕法尼亞州立大學的研究人員們還是取得了一項突破 —— 打造了一種基於鋅的「金屬有機化合物玻璃」。這種材料叫做 ZIF-62，結構式為被咪唑鈉（imidazolate）和苯並咪唑（benzimidazolate）分子包圍的一個鋅原子。

ZIF-62 是一種金屬有機化合物（1 金屬原子 + 2 種類型的有機化合物）

熟悉玻璃工藝的朋友們，或許對製造過程中摻雜的硼、聚合物、以及金屬有一點印象。但是賓夕法尼亞州立大學的最新研究，卻是打造了一種全新的玻璃類型。

值得一提的是，這種新材料不僅更易形成玻璃、柔韌性更強、而且與石英玻璃擁有相同的金字塔形原子結構。（鋅在頂點，旁邊連結了四個有機化合物）

按照學界的定義，「玻璃」必須足夠平滑、非晶體結構，因此在生產過程中必須非常小心地做到平衡。無論使用何種材料，都必須先加熱到融化的程度、然後迅速冷卻（這樣才不會有晶體的形成）。

換言之，某種材料擁有避免結晶的方法，即被認作有形成玻璃的能力。傳統工藝上，硅玻璃擁有最佳的玻璃形成能力。但是研究人員支出，ZIF-62 的性能更加優異。

實際上，ZIF-62 的特性，已經超越了現有的 50 種玻璃，並且比硅基玻璃更加柔韌。通過調整配方，研究人員發現，苯並咪唑（benzimidazolate）添加得越多、材料的玻璃形成能力就越佳。

研究配圖 - 2：性質變化分析圖（via：Science Advances）

當然，與經過數千年提純改進的硅基玻璃工藝相比，ZIF-62 也不是沒有缺點。在發展的初期，新材料還是難以與傳統工藝展開有力競爭的。為了製造全新的金屬有機玻璃，首先要形成有機化合物。

先將它與水合硝酸鋅和一種溶劑相混合，然後以 800 ℉（427 ℃）左右的溫度加熱很長一段時間，才能完全融化。但如果溫度超過了 980 ℉（527 ℃），它又要開始汽化了。

目前研究人員已經對 ZIF-62 的光學和機械性能進行了試驗。不過在了解材料本身性質的同時，為了將來能夠大規模生產，研究團隊也在尋找有關方法。

論文合著者 John C. Mauro 表示：「這種玻璃家族很是新穎，雖然我們已經確定了它的玻璃形成能力和其它一些屬性，但還是沒有充分地描述他的所有物質特性」。

在未來，研究人員還計劃對其它金屬有機玻璃配方進行探討，包括可能的鈷基玻璃。有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《科學進展》（Science Advances）期刊上。

[編譯自：New Atlas, 來源：Pennsylvania State University]

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