los vidrios ZIF, una nueva familia de vidrio, podrían combinar la transparencia del vidrio de silicato con la calidad no brillante del vidrio metálico, según investigadores de Penn State y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido
"Estamos seguros de la transparencia", dijo John Mauro, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. "Tendremos que esperar hasta que se puedan hacer muestras más grandes para saber si tiene la increíble ductilidad del vidrio metálico,pero parece prometedor "
La nueva clase de materiales formadores de vidrio, los marcos de imidazolato zeolítico ZIF, tiene una estructura en la que los iones metálicos están unidos por ligandos orgánicos. Cuando se calientan dentro de un rango limitado de altas temperaturas, algunos materiales ZIF se derriten y se transforman en unEstructura vítrea en la que los átomos tienen una estructura desordenada. Más allá del potencial de un vidrio transparente y mucho más flexible, algunos ZIF contienen grandes cantidades de poros funcionales que se pueden usar para el almacenamiento de gas: se han propuesto marcos organometálicos como jaulas paraalmacenamiento de hidrógeno para vehículos con celdas de combustible, catálisis, separación de gases o incluso suministro de medicamentos.
"Los ZIF son tan nuevos que las personas simplemente están descubriendo qué productos químicos forman los anteojos", dijo Mauro. "El objetivo de nuestro grupo es acelerar el diseño de estos nuevos anteojos a través del modelado".
En dos artículos de revistas recientes, Mauro y sus colegas utilizaron diferentes métodos de modelado para profundizar la comprensión y predecir las propiedades de las gafas ZIF. El primer método de modelado, ReaxFF, fue desarrollado por Adri van Duin, profesor de ingeniería mecánica en Penn State, quien escoautor de ambos artículos. ReaxFF es un método computacionalmente rápido y económico para simular la fusión y reforma de los materiales candidatos.
"Es difícil simular estos sistemas porque los modelos generalmente se desarrollan para sistemas orgánicos o inorgánicos, pero no para ambos", dijo Yongjian Yang, erudito postdoctoral de Mauro y autor principal de ambos documentos. "Además, a diferencia de ReaxFF, otroslos modelos no permiten la ruptura de la unión y la reforma que tienen lugar en la formación de vidrio ".
Yang agregó que el uso de ReaxFF reduce el tiempo requerido para realizar simulaciones a unas pocas horas en lugar de los varios días que hubiera tomado usando métodos de mecánica cuántica.
En el artículo más reciente, publicado en el Revista de cartas de química física , los investigadores utilizaron otro método de modelado desarrollado originalmente para otra clase de gafas llamadas gafas de calcogenuro.
"James Phillips propuso que podemos pensar en las gafas de la misma manera que un ingeniero civil pensaría en diseñar una estructura de armadura como en un puente o la Torre Eiffel", dijo Mauro.
Phillips, que estaba en Bell Labs en ese momento y ahora está en la Universidad de Rutgers, propuso un método para optimizar el vidrio basado en los grados de libertad de los átomos en comparación con el número de enlaces rígidos a otros átomos. Cuando los enlaces son iguales algrados de libertad, la capacidad de moverse hacia arriba, hacia abajo o hacia los lados, el sistema generalmente está en el estado óptimo para formar un vidrio estable.
Mauro, que estaba en Corning Incorporated, y Prabhat Gupta, del estado de Ohio, extendieron la teoría para desarrollar lo que se llama Teoría de restricción dependiente de la temperatura, que explica la ruptura de enlaces a alta temperatura, y también extendió la teoría para hacer predicciones cuantitativas depropiedades de vidrio.
"Debido a que nuestra teoría se basa en el conteo de enlaces y átomos, es algo que se puede resolver con lápiz y papel", dijo Mauro. "Podemos hacer predicciones precisas de propiedades tales como la dureza del vidrio, el módulo elástico, la viscosidad y eltemperatura de transición del vidrio."
Aunque su teoría, formulada en 2008, se ha aplicado con éxito a muchos sistemas de vidrio de óxido y se ha utilizado en la formulación de composiciones de vidrio industriales, este documento es la primera vez que se aplica al sistema de vidrio orgánico-metálico ZIF.
Thomas Bennett, de la Universidad de Cambridge, lidera la parte experimental del trabajo, incluida la síntesis de muestras de ZIF, que actualmente solo tienen un tamaño de milímetros.
"Hay muchos desafíos que aún deben abordarse", dijo Mauro. "Esperamos utilizar estos enfoques de modelado para predecir los anteojos que podemos usar para aumentar a escala industrial y luego comercializarlos. ¿No sería genial?tener un vidrio que sea ópticamente transparente y mecánicamente dúctil? "
Autores adicionales en el artículo reciente, titulado "Predicción de las temperaturas de transición vítrea de los cristales de imidazolato zeolítico a través de la teoría de la restricción topológica", son los estudiantes de doctorado de Mauro, Collin Wilkinson, Kuo-Hao Lee y Karan Doss; Adri van Duin y Yun Kyung Shin,profesor asociado de investigación en el grupo de van Duin, y Thomas D. Bennett, investigador de la Royal Society University en la Universidad de Cambridge.
El Instituto de Ciencia Cibernética de Penn State y la Royal Society, Reino Unido, financiaron este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Walt Mills. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :