傳統(tǒng)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(xiàn)實”的事情不常有，但是最近，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員們還是取得了一項突破——打造了一種基于鋅的“金屬有機化合物玻璃”。這種材料叫做ZIF-62，結(jié)構(gòu)式為被咪唑鈉(imidazolate)和苯并咪唑(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，或許對制造過程中摻雜的硼、聚合物、以及金屬有一點印象。但是賓夕法尼亞州立大學(xué)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(jié)構(gòu)。(鋅在頂點，旁邊連結(jié)了四個有機化合物)
按照學(xué)界的定義，“玻璃”必須足夠平滑、非晶體結(jié)構(gòu)，因此在生產(chǎn)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、然后迅速冷卻(這樣才不會有晶體的形成)。
換言之，某種材料擁有避免結(jié)晶的方法，即被認作有形成玻璃的能力。傳統(tǒng)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(yōu)異。
實際上，ZIF-62的特性，已經(jīng)超越了現(xiàn)有的50種玻璃，并且比硅基玻璃更加柔韌。通過調(diào)整配方，研究人員發(fā)現(xiàn)，苯并咪唑(benzimidazolate)添加得越多、材料的玻璃形成能力就越佳。
研究配圖-2：性質(zhì)變化分析圖(via：Science Advances)
當(dāng)然，與經(jīng)過數(shù)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(fā)展的初期，新材料還是難以與傳統(tǒng)工藝展開有力競爭的。為了制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，然后以800ㄈ(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980ㄈ(527℃)，它又要開始汽化了。
目前研究人員已經(jīng)對ZIF-62的光學(xué)和機械性能進行了試驗。不過在了解材料本身性質(zhì)的同時，為了將來能夠大規(guī)模生產(chǎn)，研究團隊也在尋找有關(guān)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(jīng)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(zhì)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(guān)這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《科學(xué)進展》(Science Advances)期刊上。
