Los rayos y los volcanes producen vidrio, y los humanos han estado fabricando vidrio a partir de dióxido de silicio desde la prehistoria. La industrialización nos trajo gafas a base de boro, vidrios de polímero y vidrios metálicos, pero ahora un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una nueva familia de vidrio basada en metales y compuestos orgánicos que se acumula a la sílice original en capacidad de formación de vidrio.

La capacidad de formación de vidrio es la capacidad de un líquido para evitar la cristalización durante el enfriamiento.

"El vidrio es un líquido congelado en un material sólido en forma no cristalina, "dijo John C. Mauro, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "Mecánicamente se comporta como un sólido, pero está en algún lugar entre un líquido y un sólido".

La clave para hacer vidrio es derretir los materiales de origen y luego, de alguna manera, lograr enfriarlos para que no se formen cristales. Una forma de hacer esto es enfriando o apagando rápidamente. Esto acorta el tiempo disponible para que se formen cristales debido a la rápida caída de temperatura.

El vidrio de sílice básico tiene una estructura tetraédrica con silicio en el centro y cuatro átomos de oxígeno en las esquinas. Un tetraedro es una pirámide triangular. Cada oxígeno se adhiere a otro tetraedro centrado en silicio.

El vidrio organometálico que produjeron los investigadores sustituye al zinc por silicio, pero usa dos compuestos orgánicos similares pero diferentes en las esquinas:imidazolato y bencimidazolato. Estas moléculas orgánicas toman aleatoriamente el lugar de los átomos de oxígeno en las esquinas del tetraedro.

El vidrio de sílice tenía la mejor capacidad de formación de vidrio de todos los vidrios hasta que los investigadores sintetizaron vidrio orgánico metálico ZIF-62 a base de zinc, los investigadores informaron hoy (9 de marzo) en línea en Avances de la ciencia . Se dieron cuenta de que cuanto más bencimidazolato incorporado en la estructura metálica / orgánica, cuanto mejor sea la capacidad de formación de vidrio. Los líquidos más viscosos con los ligandos más voluminosos tienden a resistir mejor la cristalización.

ZIF-62 tiene la mejor capacidad de formación de vidrio de 50 vidrios existentes y, aunque el vidrio de sílice estándar es frágil, el vidrio organometálico es mucho más flexible, lo que también puede aumentar su capacidad de formación de vidrio.

El vidrio orgánico a base de zinc es más difícil de producir que el vidrio de sílice porque primero es necesario sintetizar los compuestos orgánicos imidazolato y bencimidazolato. mezclado con nitrato de zinc hidratado y un disolvente. Luego, la mezcla se derrite a aproximadamente 800 grados Fahrenheit.

La temperatura es importante porque la mezcla debe derretirse por completo, pero no alcanzar aproximadamente los 980 grados Fahrenheit, en cuyo punto el vidrio fundido se vaporizará.

Los investigadores observaron algunas propiedades de los materiales utilizando una variedad de enfoques espectroscópicos y difracción de rayos X. También midieron las propiedades mecánicas y la transmisión óptica del vidrio fundido. Algunas de estas pruebas se realizaron en Corning Inc., en Corning, Nueva York.

"Esta familia de gafas es tan nueva que, si bien hemos determinado su capacidad de formación de vidrio y algunas otras propiedades, no hemos caracterizado completamente todas sus propiedades materiales, ", dijo Mauro." También es necesario investigar cómo ampliar este proceso para la fabricación ".

A los investigadores también les gustaría identificar otras combinaciones metálico-orgánicas para hacer diferentes vidrios. A continuación, planean mirar un vidrio a base de cobalto.