Il vetro può essere sintetizzato attraverso una nuova trasformazione di fase "cristallo-vetro liquido". I materiali cristallini possono essere ottimizzati per le proprietà desiderate, come il trasferimento di massa migliorato e le proprietà ottiche attraverso i principi di progettazione della chimica di coordinazione e della chimica della griglia.
Tuttavia, come indurre il disordine strutturale locale dei materiali cristallini per ottenere la transizione vetrosa rimane una sfida perché la maggior parte di essi subisce una decomposizione prima della fusione.
Nel sistema di struttura metallo-organica, l'esplorazione degli stati vetrosi è limitata ad alcuni composti modello come ZIF-4, ZIF-62 e ZIF-8. È necessario superare la limitazione di metalli e ligandi nel processo "cristallo-vetro liquido" e sviluppare il percorso di sintesi del vetro di materiali cristallini universali.
In uno studio pubblicato su Angewandte Chemie International Edition , un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Zhang Jian e dal Prof. Fang Weihui dell'Istituto Fujian di ricerca sulla struttura della materia dell'Accademia cinese delle scienze ha riportato anelli molecolari di alluminio fusibili con fluorescenza e proprietà ottiche non lineari.
Ispirati dalle caratteristiche delle miscele di solventi eutettici profondi (DES) che comportano depressioni significative nei punti di fusione rispetto ai loro componenti costitutivi puri, i ricercatori hanno progettato e sintetizzato i primi esempi di oxo cluster di alluminio fusibili tramite drogaggio reticolare con DES a livello molecolare.
Questo tipo di composto ad anello molecolare subisce un processo di vetro liquido-cristallino dopo il riscaldamento. Gli abbondanti e forti legami idrogeno tra l'anello molecolare di alluminio, i componenti DES e il solvente reticolare nella struttura sono considerati la causa principale del punto di fusione inferiore. Questo metodo di legame drogante reticolare fornisce un metodo di preparazione generale per lo sviluppo di vetro a grappolo.
I ricercatori hanno determinato i cambiamenti nella composizione dei composti prima e dopo la fusione e il raffreddamento mediante moderni metodi di caratterizzazione e monitoraggio della temperatura in situ (TG-IR-MS). Hanno provato a mescolare il solvente DES con un anello Al8 vuoto mediante drogaggio fisico e non hanno trovato alcun fenomeno di fusione nella miscela dopo il riscaldamento, il che dimostra l'importanza del drogaggio del componente DES nel reticolo, cioè il componente DES forma una struttura "supracluster" con anello molecolare in alluminio.
A causa della plasticità del "materiale morbido" del vetro a grappolo, i ricercatori ne hanno esplorato la lavorabilità e le proprietà ottiche. Hanno preparato la pellicola di vetro priva di bolle con un semplice metodo di "pressatura a caldo" a pressione atmosferica e hanno mantenuto la luminescenza e l'effetto non lineare del terzo ordine simile a quello del cristallo originale.
La formazione di questa pellicola di vetro a grappolo non richiede mezzi misti aggiuntivi, che sono diversi dal tradizionale metodo di incollaggio del substrato, rivelando i vantaggi del vetro a grappolo.
Questo studio dimostra il potenziale del vetro legato all'alluminio, preparato dal terzo metallo più abbondante nella crosta terrestre, per lo sviluppo sostenibile. La strategia che combina l'anello molecolare di alluminio e il componente liquido ionico supera la limitazione del tipo di metallo e ligando del cristallo e fornisce un approccio migliore per lo studio del "cristallo-vetro liquido".
Ulteriori informazioni: San-Tai Wang et al, Anelli molecolari di alluminio fusibile con fluorescenza e proprietà ottiche non lineari, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202400161
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
