Новый класс гибридных стеклянных материалов
Исследователям из университетов Йены (Германия) и Кембриджа (Великобритания) удалось создать новый класс гибридных стеклянных материалов, сочетающих в себе органические и неорганические компоненты. Для этого ученые используют специальные комбинации материалов, в которых могут образовываться химические связи между металлоорганическими и неорганическими стеклами. Они включали материалы, состоящие из металлоорганических сетей – так называемые металлоорганические каркасы (MOF), – которые в последнее время вызывают быстро растущий исследовательский интерес.
Это в первую очередь потому, что их каркасные структуры могут быть созданы целенаправленным образом, от масштаба отдельных молекул до нескольких нанометров. Таким образом достигается контроль пористости, который можно адаптировать к большому количеству применений, как с точки зрения размера пор и их проницаемости, так и с точки зрения химических свойств, преобладающих на поверхности пор. Например, могут быть разработаны разделительные мембраны или устройства для хранения газов и жидкостей, опоры для катализаторов или новые типы компонентов для устройств хранения электроэнергии.
«Химический дизайн материалов MOF следует модульному принципу, согласно которому неорганические узлы соединяются друг с другом через органические молекулы, образуя трехмерную сеть.
Это приводит к почти бесконечному разнообразию возможных структур. Некоторые из этих структур могут быть переведены в стеклообразное состояние путем термической обработки. В то время как кристаллические материалы MOF обычно синтезируются в форме порошка, жидкое и стеклянное состояния открывают широкий спектр возможностей обработки и потенциальных форм », – объясняет Луи Лонгли из Кембриджского университета, Великобритания.
Лучшее из обоих миров вместе
«Комбинация таких стекол на основе MOF с классическими материалами из неорганического стекла может позволить объединить лучшее из обоих миров», – говорит Кортни Калаху, старший научный сотрудник кафедры химии стекла Университета Фридриха Шиллера в Йене, Германия. Например, композитные стекла такого типа могут привести к значительному улучшению механических свойств за счет сочетания ударной вязкости и вязкости разрушения пластмасс с высокой твердостью и жесткостью неорганических стекол.
Решающим фактором в обеспечении того, чтобы используемые материалы не просто смешивались друг с другом, является создание области контакта, в которой могут образовываться химические связи между металлоорганической сеткой и обычным стеклом. «Только так можно получить действительно новые свойства, например, электропроводность или механическое сопротивление», – объясняет Лотар Вондракчек, профессор химии стекла из Йены.