Blixtnedslag och vulkaner producerar båda glas, och människor har gjort glas av kiseldioxid sedan förhistorien. Industrialiseringen gav oss borbaserade glasögon, polymerglasögon och metallglasögon, men nu har ett internationellt team av forskare utvecklat en ny familj av glas baserat på metaller och organiska föreningar som håller upp till den ursprungliga kiseldioxiden i glasbildande förmåga.

Glasbildande förmåga är vätskans förmåga att undvika kristallisation under kylning.

"Glas är en vätska frusen till ett fastliknande material i icke-kristallin form, "sa John C. Mauro, professor i materialvetenskap och teknik, Penn State. "Mekaniskt fungerar det som ett fast ämne men det är någonstans mellan en vätska och ett fast ämne."

Nyckeln till att göra glas är att smälta källmaterialen och sedan på något sätt lyckas kyla dem så att inga kristaller bildas. Ett sätt att göra detta är genom snabb kylning eller släckning. Detta förkortar den tid som är tillgänglig för kristaller att bildas på grund av det snabba temperaturfallet.

Grundläggande kiseldioxidglas har en tetraedral struktur med kisel i mitten och fyra syreatomer i hörnen. En tetraeder är en triangulär pyramid. Varje syre fäster till en annan kiselcentrerad tetraeder.

Metallorganiskt glas som forskarna producerade ersätter kisel med zink, men använder två liknande men olika organiska föreningar i hörnen - imidazolat och bensimidazolat. Dessa organiska molekyler tar slumpmässigt platsen för syreatomerna vid tetraederhörnen.

Kiseldioxidglas hade den bästa glasbildningsförmågan hos alla glas tills forskarna syntetiserade zinkbaserat ZIF-62 metallorganiskt glas, forskarna rapporterade idag (9 mars) online i Vetenskapliga framsteg . De märkte att ju mer bensimidazolat som ingår i metall/organiska ramar, desto bättre glasbildande förmåga. De mer viskösa vätskorna med de mest skrymmande liganderna tenderar bäst att motstå kristallisation.

ZIF-62 har den bästa glasbildande förmågan hos 50 befintliga glasögon och medan vanligt kiseldioxidglas är sprött, det metallorganiska glaset är mycket mer böjligt, vilket också kan öka dess glasbildande förmåga.

Zinkbaserat organiskt glas är svårare att producera än kiseldioxidglas eftersom de organiska föreningarna imidazolat och bensimidazolat först måste syntetiseras, blandat med vattenhaltigt zinknitrat och ett lösningsmedel. Blandningen smälter sedan vid cirka 800 grader Fahrenheit.

Temperaturen är viktig eftersom blandningen måste smälta helt, men inte nå ungefär 980 grader Fahrenheit, vid vilken tidpunkt det smälta glaset kommer att förångas.

Forskarna tittade på vissa materialegenskaper med olika spektroskopiska metoder och röntgendiffraktion. De mätte också smältglasets mekaniska egenskaper och optiska överföring. Några av dessa tester gjordes på Corning Inc., i Corning, New York.

"Denna glasögonfamilj är så ny att, medan vi har bestämt dess glasbildande förmåga och några andra egenskaper, vi har inte fullt ut karaktäriserat alla dess materialegenskaper, "sa Mauro." Det måste också undersökas hur man kan skala upp denna process för tillverkning. "

Forskarna skulle också vilja identifiera andra metalliskt-organiska kombinationer för att göra olika glasögon. De planerar nästa att titta på ett koboltbaserat glas.