Keramisk, en sorts polykristallin monolit sintrad av oorganiska, icke-metalliska kristalliter, är normalt ogenomskinlig på grund av defekter, tomrum och dubbelbrytning. Genom att eliminera den inre ljusspridningen skapas transparent eller optisk keramik.

Jie-Peng Zhang och medarbetare från Sun Yat-Sen University utvecklade nya metallorganiska ramverk för beredning av optisk keramik. De har publicerat sina resultat i Vetenskap Kina Material .

Zhangs grupp har varit engagerad i utvecklingen av metallorganiska ramverk och deras tillämpningar inom adsorption, separation och avkänning under lång tid. Optisk keramik är en speciell typ av keramik, och, som enkristaller, de är optiskt transparenta. Utvecklingen av optisk keramik är starkt beroende av prekursormaterialen.

"För att göra keramik transparent, den inre poren och föroreningen bör minimeras till noll. Detta är ett mycket strängt krav, " säger Zhang. "Prekursorerna behöver inte bara hög renhet och enhetlig storleksfördelning, men måste kristalliseras i kubisk symmetri för att ta bort dubbelbrytningseffekten."

Dessutom, att förbereda keramik kräver en sintringsprocess vid hög temperatur. Därför, hittills, endast ett fåtal material kan användas för optisk keramik.

Porösa koordinationspolymerer, även känd som metall-organiska ramverk (MOFs), har fångat stor uppmärksamhet för adsorption, katalys, avkänning och optik. "Dock, vanligen, de är mikrokristallina pulver, " säger han. "Det är fortfarande utmanande att förbereda MOF-membran och enkristaller med hög kvalitet och stor storlek."

Trots låg löslighet i vanliga lösningsmedel, MOF:s nanokristaller och byggnadsenheter har en anmärkningsvärd växelkurs, speciellt i korn med liten storlek och stor krökning. Zhang säger, "Det är viktigt för kristalltillväxten och jon/ligandutbytesprocesser för MOF." En kondenserad monolit kan bildas genom att läka defekterna inuti aggregaten som är sammansatta av MOF-nanokristaller.

Zhang säger, "Denna filosofi motiverar oss att använda MOF nanokristaller som prekursorer och sedan smälta ihop dem till en transparent monolit, dvs. metall-organisk optisk keramik (MOOC)."

SOD-typ zink(II)-2-metylimidazolat, nämligen MAF-4 eller ZIF-8, är den första MOF med naturlig zeolittopologi och kristallsymmetri, omfattande studerade för sin speciella porstruktur och höga stabilitet. Zhang säger, "Experimentellt, vi använde etanol som lösningsmedel för att producera MAF-4 nanokristaller med en diameter på 20 nm, och den gelatinösa substansen erhållen genom centrifugering torkades naturligt i luft vid rumstemperatur, som slutligen omvandlas till de färglösa och transparenta monoliterna eller MOOC-1, med 84 procent optisk transmittans. Om du torkar proverna vid hög temperatur eller i vakuum, precis som allmänna processer i MOF-synteser, du kan bara få MOF som vanliga vita pulver."

Röntgendiffraktionsanalys indikerar att MOOC-1 är polykristallin istället för enkristall eller glas. Porositeterna inuti MOF-4 och dess sammansättningar tillåter det självlysande färgämnet, sulforhodamine 640 (SRh), att dopas i MOOC-1 för att bilda en självlysande optisk keram SRh@MOOC-1, som producerar förstärkt spontan emission (ASE) med en lågenergitröskel på 31 mikrojoule per kvadratcentimeter stimulerad av en 532 nm laser. "Detta värde är lägre än tidigare rapporter om MOF-baserad ASE/lasing. Dessutom, att sänka lösningsmedlets avdunstningshastighet är en effektiv metod för att smälta MOF-nanokristaller till en tät och transparent kristall, " säger Zhang.

Prof. Xiao-Ming Chen vid Sun-Yat Sen University, grundaren av MAF-4, säger, "Denna strategi utökar kandidatomfånget för optisk keramik och banar ett nytt sätt att utveckla MOF-baserade enheter för optisk, adsorption, separations- och avkänningsapplikationer."