Cambridge/Jena (16.11.2020) Kopplingar mellan organiska och oorganiska material är ett vanligt fenomen i naturen, t.ex., vid konstruktion av ben och skelettstrukturer. De möjliggör ofta kombinationer av egenskaper som inte kunde uppnås med bara en typ av material. I teknisk materialutveckling, dock, dessa så kallade hybridmaterial utgör fortfarande en stor utmaning idag.

En ny klass av hybridglasmaterial

Forskare från universiteten i Jena (Tyskland) och Cambridge (GB) har nu lyckats skapa en ny klass av hybridglasmaterial som kombinerar organiska och oorganiska komponenter. Att göra detta, forskarna använder speciella materialkombinationer där kemiska bindningar mellan organometalliska och oorganiska glas kan genereras. De inkluderade material som består av organometalliska nätverk – så kallade metall-organiska ramverk (MOF) – som nyligen har upplevt ett snabbt ökande forskningsintresse. Detta beror främst på att deras ramstrukturer kan skapas på ett riktat sätt, från längdskalan för enskilda molekyler upp till några nanometer. Detta uppnår en kontroll av porositeten som kan anpassas till ett stort antal applikationer, både när det gäller storleken på porerna och deras permeabilitet, och vad gäller de kemiska egenskaper som råder på porytorna. Till exempel, separerande membran eller lagringsanordningar för gaser och vätskor, stöd för katalysatorer eller nya typer av komponenter för elektriska energilagringsanordningar kan utformas.

"Den kemiska designen av MOF-material följer en modulär princip, enligt vilka oorganiska noder är kopplade till varandra via organiska molekyler för att bilda ett tredimensionellt nätverk. Detta resulterar i en nästan oändlig mängd möjliga strukturer. Ett fåtal av dessa strukturer kan omvandlas till ett glasartat tillstånd genom värmebehandling. Medan kristallina MOF-material vanligtvis syntetiseras i pulverform, vätske- och glastillstånden öppnar upp ett brett utbud av bearbetningsalternativ och potentiella former, " förklarar Louis Longley från University of Cambridge, STORBRITANNIEN.

Det bästa av två världar tillsammans

"Kombinationen av sådana MOF-härledda glas med klassiska oorganiska glasmaterial kan göra det möjligt att kombinera det bästa av två världar, " säger Courtney Calahoo, en senior vetenskapsman vid professorn för glaskemi vid Friedrich Schiller University Jena, Tyskland. Till exempel, kompositglas av detta slag skulle kunna leda till avsevärt förbättrade mekaniska egenskaper genom att kombinera slag- och brottsegheten hos plaster med den höga hårdheten och styvheten hos oorganiska glas. Den avgörande faktorn för att säkerställa att de inblandade materialen inte bara blandas med varandra är skapandet av en kontaktyta inom vilken kemiska bindningar kan bildas mellan det organometalliska nätverket och konventionellt glas. "Bara på detta sätt kan man få riktigt nya fastigheter, till exempel i elektrisk ledningsförmåga eller mekaniskt motstånd, " förklarar Lothar Wondraczek, Professor i glaskemi i Jena.