Cambridge/Jena (16.11.2020) I legami tra materiali organici e inorganici sono un fenomeno comune in natura, per esempio., nella costruzione di ossa e strutture scheletriche. Spesso consentono combinazioni di proprietà che non potrebbero essere raggiunte con un solo tipo di materiale. Nello sviluppo dei materiali tecnologici, però, questi cosiddetti materiali ibridi rappresentano ancora oggi una grande sfida.

Una nuova classe di materiali in vetro ibrido

I ricercatori delle Università di Jena (Germania) e Cambridge (GB) sono ora riusciti a creare una nuova classe di materiali di vetro ibridi che combinano componenti organici e inorganici. Per fare questo, gli scienziati utilizzano speciali combinazioni di materiali in cui possono essere generati legami chimici tra vetri organometallici e inorganici. Hanno incluso materiali composti da reti organometalliche, le cosiddette strutture metallo-organiche (MOF), che recentemente hanno riscontrato un interesse di ricerca in rapido aumento. Ciò è principalmente dovuto al fatto che le loro strutture quadro possono essere create in modo mirato, dalla scala di lunghezza delle singole molecole fino a pochi nanometri. In questo modo si ottiene un controllo della porosità che può essere adattato a un gran numero di applicazioni, sia per la dimensione dei pori che per la loro permeabilità, e in termini di proprietà chimiche prevalenti sulle superfici dei pori. Per esempio, membrane di separazione o dispositivi di stoccaggio per gas e liquidi, possono essere progettati supporti per catalizzatori o nuove tipologie di componenti per dispositivi di accumulo di energia elettrica.

"La progettazione chimica dei materiali MOF segue un principio modulare, secondo cui i nodi inorganici sono collegati tra loro tramite molecole organiche per formare una rete tridimensionale. Ciò si traduce in una varietà quasi infinita di strutture possibili. Alcune di queste strutture possono essere convertite in uno stato vetroso mediante trattamento termico. Mentre i materiali MOF cristallini sono tipicamente sintetizzati sotto forma di polvere, gli stati liquido e vetroso aprono una vasta gamma di opzioni di lavorazione e forme potenziali, " spiega Louis Longley dell'Università di Cambridge, UK.

Il meglio dei due mondi insieme

"La combinazione di tali vetri derivati ​​da MOF con i classici materiali in vetro inorganico potrebbe consentire di combinare il meglio di entrambi i mondi, "dice Courtney Calahoo, uno scienziato senior presso la cattedra di chimica del vetro presso l'Università Friedrich Schiller di Jena, Germania. Per esempio, vetri compositi di questo tipo potrebbero portare a proprietà meccaniche significativamente migliorate combinando la resistenza all'urto e alla frattura della plastica con l'elevata durezza e rigidità dei vetri inorganici. Il fattore decisivo per garantire che i materiali coinvolti non vengano semplicemente miscelati tra loro è la creazione di un'area di contatto all'interno della quale possono formarsi legami chimici tra la rete metallorganica e il vetro convenzionale. "Solo così si possono ottenere proprietà veramente nuove, ad esempio nella conduttività elettrica o nella resistenza meccanica, " spiega Lothar Wondraczek, Professore di Chimica del Vetro a Jena.