Cambridge/Jena (16.11.2020) Verbanden tussen organische en anorganische materialen zijn een veelvoorkomend fenomeen in de natuur, bijv. bij de constructie van botten en skeletstructuren. Ze maken vaak combinaties van eigenschappen mogelijk die met slechts één materiaalsoort niet kunnen worden bereikt. Bij technologische materiaalontwikkeling echter, deze zogenaamde hybride materialen vormen vandaag nog steeds een grote uitdaging.

Een nieuwe klasse hybride glasmaterialen

Onderzoekers van de universiteiten van Jena (Duitsland) en Cambridge (GB) zijn er nu in geslaagd een nieuwe klasse hybride glasmaterialen te creëren die organische en anorganische componenten combineren. Om dit te doen, de wetenschappers gebruiken speciale materiaalcombinaties waarin chemische bindingen tussen organometaal en anorganisch glas kunnen worden gegenereerd. Ze omvatten materialen die zijn samengesteld uit organometallische netwerken - zogenaamde metaal-organische raamwerken (MOF's) - die onlangs een snel toenemende onderzoeksinteresse hebben ervaren. Dit komt vooral doordat hun kaderstructuren gericht kunnen worden gecreëerd, van de lengteschaal van individuele moleculen tot enkele nanometers. Hierdoor wordt een beheersing van de porositeit bereikt die kan worden aangepast aan een groot aantal toepassingen, zowel wat betreft de grootte van de poriën als hun doorlaatbaarheid, en in termen van de chemische eigenschappen die op de porieoppervlakken heersen. Bijvoorbeeld, scheidingsmembranen of opslaginrichtingen voor gassen en vloeistoffen, dragers voor katalysatoren of nieuwe typen componenten voor opslagapparaten voor elektrische energie kunnen worden ontworpen.

"Het chemische ontwerp van MOF-materialen volgt een modulair principe, volgens welke anorganische knopen via organische moleculen met elkaar zijn verbonden om een ​​driedimensionaal netwerk te vormen. Dit resulteert in een bijna oneindige verscheidenheid aan mogelijke structuren. Enkele van deze structuren kunnen door warmtebehandeling in een glasachtige toestand worden omgezet. Terwijl kristallijne MOF-materialen doorgaans in poedervorm worden gesynthetiseerd, de vloeibare en glazen toestanden openen een breed scala aan verwerkingsopties en potentiële vormen, " legt Louis Longley van de Universiteit van Cambridge uit, VK.

Het beste van twee werelden gecombineerd

"De combinatie van dergelijke MOF-afgeleide glazen met klassieke anorganische glasmaterialen zou het mogelijk kunnen maken om het beste van twee werelden te combineren, " zegt Courtney Calahoo, een senior wetenschapper bij de leerstoel Glaschemie aan de Friedrich Schiller Universiteit Jena, Duitsland. Bijvoorbeeld, Dit soort composietglas zou kunnen leiden tot aanzienlijk verbeterde mechanische eigenschappen door de slag- en breuktaaiheid van kunststoffen te combineren met de hoge hardheid en stijfheid van anorganisch glas. Doorslaggevend om ervoor te zorgen dat de betrokken materialen niet zomaar met elkaar worden vermengd, is het creëren van een contactgebied waarbinnen zich chemische bindingen kunnen vormen tussen het organometaalnetwerk en conventioneel glas. "Alleen op deze manier kunnen echt nieuwe eigendommen worden verkregen, bijvoorbeeld in elektrische geleidbaarheid of mechanische weerstand, " legt Lothar Wondraczek uit, Hoogleraar glaschemie in Jena.