I fulmini e i vulcani producono entrambi il vetro, e gli umani hanno prodotto il vetro dal biossido di silicio sin dalla preistoria. L'industrializzazione ci ha portato occhiali a base di boro, vetri polimerici e vetri metallici, ma ora un team internazionale di ricercatori ha sviluppato una nuova famiglia di vetri basati su metalli e composti organici che si accumulano fino alla silice originale nella capacità di formare il vetro.

La capacità di formare il vetro è la capacità di un liquido di evitare la cristallizzazione durante il raffreddamento.

"Il vetro è un liquido congelato in un materiale solido in forma non cristallina, " ha detto Giovanni C. Mauro, professore di scienze e ingegneria dei materiali, Penn State. "Meccanicamente si comporta come un solido ma è da qualche parte tra un liquido e un solido."

La chiave per fare il vetro è fondere i materiali di partenza e poi riuscire in qualche modo a raffreddarli in modo che non si formino cristalli. Un modo per farlo è un rapido raffreddamento o tempra. Ciò riduce il tempo disponibile per la formazione dei cristalli a causa del rapido abbassamento della temperatura.

Il vetro di silice basico ha una struttura tetraedrica con silicio al centro e quattro atomi di ossigeno agli angoli. Un tetraedro è una piramide triangolare. Ogni ossigeno si lega a un altro tetraedro centrato sul silicio.

Il vetro metallo-organico prodotto dai ricercatori sostituisce lo zinco al silicio, ma utilizza due composti organici simili ma diversi agli angoli:imidazolato e benzimidazolato. Queste molecole organiche prendono casualmente il posto degli atomi di ossigeno agli angoli del tetraedro.

Il vetro di silice aveva la migliore capacità di formazione del vetro di tutti i vetri fino a quando i ricercatori non hanno sintetizzato il vetro metallo-organico ZIF-62 a base di zinco, i ricercatori hanno riferito oggi (9 marzo) online in Progressi scientifici . Hanno notato che più benzimidazolato incorporato nella struttura metallo/organica, migliore è la capacità di formare il vetro. I liquidi più viscosi con i leganti più voluminosi tendono a resistere meglio alla cristallizzazione.

ZIF-62 ha la migliore capacità di formazione del vetro di 50 vetri esistenti e mentre il vetro di silice standard è fragile, il vetro metallo-organico è molto più flessibile, che può anche aumentare la sua capacità di formare il vetro.

Il vetro organico a base di zinco è più difficile da produrre rispetto al vetro di silice perché i composti organici imidazolato e benzimidazolato devono prima essere sintetizzati, miscelato con nitrato di zinco idrato e un solvente. La miscela si scioglie quindi a circa 800 gradi Fahrenheit.

La temperatura è importante perché la miscela deve sciogliersi completamente, ma non raggiungere circa 980 gradi Fahrenheit, a quel punto il vetro fuso vaporizzerà.

I ricercatori hanno esaminato alcune proprietà dei materiali utilizzando una varietà di approcci spettroscopici e diffrazione dei raggi X. Hanno anche misurato le proprietà meccaniche del vetro fuso e la trasmissione ottica. Alcuni di questi test sono stati eseguiti presso Corning Inc., a Corning, New York.

"Questa famiglia di occhiali è così nuova che, mentre abbiamo determinato la sua capacità di formare il vetro e poche altre proprietà, non abbiamo caratterizzato completamente tutte le sue proprietà materiali, " ha detto Mauro. "Ci deve essere anche ricerca su come scalare questo processo per la produzione".

I ricercatori vorrebbero anche identificare altre combinazioni metallo-organiche per realizzare occhiali diversi. Hanno poi intenzione di guardare un vetro a base di cobalto.