Een bril is een onmisbaar onderdeel van het dagelijks leven. Een van de belangrijkste redenen hiervoor is dat glasobjecten met de bijbehorende melts bijna universeel en goedkoop in een grote verscheidenheid aan vormen en maten kunnen worden vervaardigd. Verwerking in de (viskeuze) vloeibare fase biedt een veelzijdigheid die met andere materialen nauwelijks te realiseren is. Echter, dit veronderstelt dat het materiaal waaruit het glas is gemaakt qua chemische samenstelling überhaupt kan worden gesmolten.

Zogenaamde metaal-organische raamwerkverbindingen - kortweg MOF's - hebben de afgelopen jaren veel belangstelling gekregen. Door hun bijzondere eigenschappen, ze worden beschouwd als een groot potentieel voor toekomstige toepassingen in energie- en milieutechnologie, maar ook als sensorcomponenten en in de bio- en life sciences. Bijvoorbeeld, MOF's kunnen worden gebruikt als uitgangsmateriaal voor filtermembranen voor het scheiden van gassen in technische verbrandingsprocessen of voor waterbehandeling. De basis voor de veelheid aan mogelijke toepassingen is vooral één uitstekende eigenschap van MOF's:hun hoge en grotendeels beheersbare porositeit. MOF-stoffen bestaan ​​uit anorganische deeltjes die door organische moleculen met elkaar zijn verbonden tot een netwerk van poriën. Aangezien MOF's voornamelijk in poedervorm zijn, een primaire uitdaging van het veld is om bulkcomponenten te produceren. Dit is waar een bril in het spel komt.

Trade-off tussen eigenschappen en verwerkbaarheid

Maar op een paar uitzonderingen na, de porositeit van alle dingen verhindert dat de materialen smeltbaar zijn en, dus, verwerkbaar tot onderdelen van de gewenste vorm. Chemici van de Friedrich Schiller Universiteit in Jena, Duitsland, en de Universiteit van Cambridge, Verenigd Koninkrijk, hebben nu een oplossing voor dit probleem gevonden. Ze rapporteren over hun onderzoeksresultaten in het huidige nummer van Natuurcommunicatie .

Om componenten voor industriële toepassingen te produceren van MOF's, ze kunnen worden verwerkt tot zogenaamde hybride glazen, bijvoorbeeld. Om dit te doen, echter, je moet ze omsmelten - een proces dat in dit specifieke geval niet eenvoudig is. Tot dusver, van slechts een handvol kandidaten van deze klasse van stoffen is daadwerkelijk aangetoond dat ze smeltbaar zijn. "In de meeste bekende MOF-materialen, de hoge porositeit is een van de redenen dat ze - bij verwarming - thermisch ontleden voordat ze hun smeltpunt bereiken, dat is, ze branden, " legt Vahid Nozari uit, doctoraatsstudent aan het Laboratorium voor Glaswetenschap van de Universiteit van Jena. Juist de eigenschap die deze materialen zo interessant maakt, verhindert ook de verwerking via de glasroute.

Identificatie van combinaties van ionische vloeistoffen, MOF-matrices en smeltomstandigheden

Dus hoe maak je een niet-smeltbaar materiaal smeltbaar om het in vloeibare toestand te vormen en te verwerken? Het team onder leiding van Jena-professor Lothar Wondraczek heeft nu een antwoord op deze vraag gevonden. "We hebben de poriën gevuld met een ionische vloeistof die het binnenoppervlak zodanig stabiliseert dat de stof uiteindelijk kan smelten voordat deze zelfs ontbindt, " legt Wondraczek uit. De onderzoekers konden laten zien hoe normaal niet-smeltbare stoffen uit de MOF-familie van zeolitische imidazolaatraamwerken (ZIF's) daadwerkelijk kunnen worden omgezet in een vloeibare toestand en, Tenslotte, een glas. "Op deze manier, het gewenste onderdeel kan worden verkregen, bijvoorbeeld, in de vorm van een membraan of een schijf. Restanten van de gebruikte ionische vloeistof kunnen dan na het vormen worden uitgewassen."

De sleutel tot toekomstige toepassingen zijn de interacties die plaatsvinden tussen de ionische vloeistof en het MOF-materiaal. Deze bepalen de omkeerbaarheid van het proces, d.w.z., de mogelijkheid om de hulpvloeistof na het smeltproces uit te spoelen. Als de reacties niet worden aangepast, ofwel is het porieoppervlak niet voldoende gestabiliseerd of is er een onomkeerbare chemische binding tussen de MOF en delen van de ionische vloeistof. Daarom, ideale combinaties van vloeistoffen, matrixmaterialen en smeltomstandigheden moeten worden geïdentificeerd met het oog op de gewenste toepassing, zodat objecten met een groot volume mogelijk zouden worden.