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科学家研制出新型玻璃采用金属有机化合物打造

文章来源：未知更新时间：2018-03-15 11:30:50

传统玻璃的主要成分是二氧化硅，但是看过《星际迷航》的朋友或许记得其中提到过的某种“透明铝”材料。虽然“科幻照进现实”的事情不常有，但是最近，宾夕法尼亚州立大学的研究人员们还是取得了一项突破——打造了一种基于锌的“金属有机化合物玻璃”。这种材料叫做ZIF-62，结构式为被咪唑钠（imidazolate）和苯并咪唑（benzimidazolate）分子包围的一个锌原子。

ZIF-62是一种金属有机化合物（1金属原子+2种类型的有机化合物）

　　熟悉玻璃工艺的朋友们，或许对制造过程中掺杂的硼、聚合物、以及金属有一点印象。但是宾夕法尼亚州立大学的最新研究，却是打造了一种全新的玻璃类型。

　　值得一提的是，这种新材料不仅更易形成玻璃、柔韧性更强、而且与石英玻璃拥有相同的金字塔形原子结构。（锌在顶点，旁边连结了四个有机化合物）

　　按照学界的定义，“玻璃”必须足够平滑、非晶体结构，因此在生产过程中必须非常小心地做到平衡。无论使用何种材料，都必须先加热到融化的程度、然后迅速冷却（这样才不会有晶体的形成）。

　　换言之，某种材料拥有避免结晶的方法，即被认作有形成玻璃的能力。传统工艺上，硅玻璃拥有最佳的玻璃形成能力。但是研究人员支出，ZIF-62的性能更加优异。

　　实际上，ZIF-62的特性，已经超越了现有的50种玻璃，并且比硅基玻璃更加柔韧。通过调整配方，研究人员发现，苯并咪唑（benzimidazolate）添加得越多、材料的玻璃形成能力就越佳。

研究配图-2：性质变化分析图（via：Science Advances）

　　当然，与经过数千年提纯改进的硅基玻璃工艺相比，ZIF-62也不是没有缺点。在发展的初期，新材料还是难以与传统工艺展开有力竞争的。为了制造全新的金属有机玻璃，首先要形成有机化合物。

　　先将它与水合硝酸锌和一种溶剂相混合，然后以800℉（427℃）左右的温度加热很长一段时间，才能完全融化。但如果温度超过了980℉（527℃），它又要开始汽化了。

　　目前研究人员已经对ZIF-62的光学和机械性能进行了试验。不过在了解材料本身性质的同时，为了将来能够大规模生产，研究团队也在寻找有关方法。

　　论文合著者John C.Mauro表示：“这种玻璃家族很是新颖，虽然我们已经确定了它的玻璃形成能力和其它一些属性，但还是没有充分地描述他的所有物质特性”。

　　在未来，研究人员还计划对其它金属有机玻璃配方进行探讨，包括可能的钴基玻璃。有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《科学进展》（Science Advances）期刊上。

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