Keramiek, een soort polykristallijne monoliet gesinterd door anorganische, niet-metalen kristallieten, is normaal gesproken ondoorzichtig als gevolg van defecten, holtes en dubbele breking. Door de binnenste lichtverstrooiing te elimineren, ontstaat transparant of optisch keramiek.

Jie-Peng Zhang en medewerkers van Sun Yat-Sen University ontwikkelden nieuwe metaal-organische raamwerken voor de voorbereiding van optische keramiek. Ze hebben hun resultaten gepubliceerd in Wetenschap China-materialen .

Zhang's groep houdt zich bezig met de ontwikkeling van metaal-organische raamwerken en hun toepassingen in adsorptie, scheiding en sensing voor een lange tijd. Optisch keramiek is een speciaal soort keramiek, en, zoals enkele kristallen, ze zijn optisch transparant. De ontwikkeling van optisch keramiek is sterk afhankelijk van de voorlopermaterialen.

"Om keramiek transparant te maken, de binnenste porie en onzuiverheid moeten tot nul worden geminimaliseerd. Dit is een zeer strenge eis, ", zegt Zhang. "De voorlopers hebben niet alleen een hoge zuiverheid en uniforme grootteverdeling nodig, maar moet in kubische symmetrie worden gekristalliseerd om het dubbelbrekingseffect te verwijderen."

In aanvulling, het bereiden van keramiek vereist een sinterproces bij hoge temperatuur. Daarom, daten, slechts een paar materialen kunnen worden gebruikt voor optische keramiek.

Poreuze coördinatiepolymeren, ook bekend als metaal-organische raamwerken (MOF's), brede aandacht hebben gekregen voor adsorptie, katalyse, detectie en optica. "Echter, algemeen, het zijn microkristallijne poeders, " zegt hij. "Het is nog steeds een uitdaging om MOF-membranen en monokristallen van hoge kwaliteit en groot formaat te maken."

Ondanks de lage oplosbaarheid in gangbare oplosmiddelen, de nanokristallen en bouweenheden van MOF's hebben een opmerkelijke wisselkoers, vooral in korrels met kleine afmetingen en grote kromming. Zhang zegt, "Het is essentieel voor de kristalgroei en ion / ligand-uitwisselingsprocessen van MOF's." Een gecondenseerde monoliet kan worden gevormd door de defecten in de aggregaten te genezen die zijn geassembleerd door MOF-nanokristallen.

Zhang zegt, "Deze filosofie motiveert ons om MOF-nanokristallen als voorlopers te gebruiken en ze vervolgens samen te smelten tot een transparante monoliet, d.w.z., metaal-organische optische keramiek (MOOC)."

Het SOD-type zink(II) 2-methylimidazolaat, namelijk MAF-4 of ZIF-8, is de eerste MOF met natuurlijke zeoliettopologie en kristalsymmetrie, uitgebreid bestudeerd vanwege zijn speciale poriestructuur en hoge stabiliteit. Zhang zegt, "Experimenteel, we gebruikten ethanol als oplosmiddel om MAF-4 nanokristallen te produceren met een diameter van 20 nm, en de door centrifugeren verkregen gelatineuze substantie werd op natuurlijke wijze bij kamertemperatuur aan de lucht gedroogd, die uiteindelijk wordt omgevormd tot de kleurloze en transparante monolieten of MOOC-1, met 84 procent optische transmissie. Als u de monsters bij hoge temperatuur of in een vacuüm droogt, net als algemene processen in MOF-syntheses, je kunt de MOF alleen verkrijgen als gewone witte poeders."

Röntgendiffractie-analyse geeft aan dat MOOC-1 polykristallijn is in plaats van enkelkristal of glas. De porositeiten in MOF-4 en zijn assemblages laten de lichtgevende kleurstof toe, sulforhodamine 640 (SRh), te doteren in MOOC-1 om een ​​luminescent optisch keramiek SRh@MOOC-1 te vormen, die versterkte spontane emissie (ASE) produceert met een lage energiedrempel van 31 micro-joule per vierkante centimeter gestimuleerd door een laser van 532 nm. "Deze waarde is lager dan eerdere rapporten van MOF-gebaseerde ASE/lasing. Bovendien, het verlagen van de verdampingssnelheid van het oplosmiddel is een effectieve methode om MOF-nanokristallen te fuseren tot een dicht en transparant kristal, "zegt Zhang.

Prof. Xiao-Ming Chen aan de Sun-Yat Sen Universiteit, de oprichter van MAF-4, zegt, "Deze strategie breidt het kandidaatbereik van optische keramiek uit en effent een nieuwe manier om MOF-gebaseerde apparaten te ontwikkelen voor optische, adsorptie, scheidings- en detectietoepassingen."