Cerâmica, uma espécie de monólito policristalino sinterizado por inorgânico, cristalitos não metálicos, normalmente é opaco devido a defeitos, vazios e birrefringência. A eliminação da dispersão de luz interna cria cerâmicas transparentes ou óticas.

Jie-Peng Zhang e colegas de trabalho da Sun Yat-Sen University desenvolveram novas estruturas metal-orgânicas para a preparação de cerâmicas ópticas. Eles publicaram seus resultados em Science China Materials .

O grupo de Zhang está envolvido no desenvolvimento de estruturas metal-orgânicas e suas aplicações em adsorção, separação e detecção por um longo tempo. Cerâmica óptica é um tipo especial de cerâmica, e, como cristais únicos, eles são opticamente transparentes. O desenvolvimento da cerâmica óptica depende fortemente dos materiais precursores.

“Para tornar a cerâmica transparente, o poro interno e a impureza devem ser minimizados a zero. Esta é uma demanda muito rigorosa, "diz Zhang." Os precursores não precisam apenas de alta pureza e distribuição de tamanho uniforme, mas deve ser cristalizado em simetria cúbica para remover o efeito de birrefringência. "

Além disso, a preparação de cerâmicas requer um processo de sinterização a alta temperatura. Portanto, Até a presente data, apenas alguns materiais podem ser usados ​​para cerâmica óptica.

Polímeros de coordenação porosos, também conhecido como estruturas metal-orgânicas (MOFs), chamaram a atenção generalizada para a adsorção, catálise, detecção e óptica. "Contudo, comumente, eles são pós microcristalinos, "Ele diz." Ainda é um desafio preparar membranas MOF e cristais únicos com alta qualidade e tamanho grande. "

Apesar da baixa solubilidade em solventes comuns, os nanocristais e unidades de construção de MOFs têm uma taxa de câmbio notável, especialmente em grãos com tamanho pequeno e grande curvatura. Zhang diz, "É essencial para o crescimento do cristal e processos de troca de íon / ligante de MOFs." Um monólito condensado pode ser formado pela cura dos defeitos dentro dos agregados que são montados por nanocristais MOF.

Zhang diz, "Essa filosofia nos motiva a empregar nanocristais de MOF como precursores e, em seguida, fundi-los em um monólito transparente, ou seja, cerâmica ótica metal-orgânica (MOOC). "

O 2-metilimidazolato de zinco do tipo SOD (II), ou seja, MAF-4 ou ZIF-8, é o primeiro MOF com topologia de zeólita natural e simetria de cristal, extensivamente estudado por sua estrutura especial de poros e alta estabilidade. Zhang diz, "Experimentalmente, usamos etanol como solvente para produzir nanocristais MAF-4 com diâmetro de 20 nm, e a substância gelatinosa obtida por centrifugação foi seca ao ar em temperatura ambiente naturalmente, que é finalmente transformado nos monólitos incolores e transparentes ou MOOC-1, com 84 por cento de transmitância óptica. Se você secar as amostras em alta temperatura ou no vácuo, assim como processos gerais em sínteses MOF, você só pode obter o MOF como pó branco comum. "

A análise de difração de raios-X indica que MOOC-1 é policristalino em vez de cristal único ou vidro. As porosidades dentro de MOF-4 e seus conjuntos permitem o corante luminescente, sulforhodamina 640 (SRh), a ser dopado em MOOC-1 para formar uma cerâmica óptica luminescente SRh @ MOOC-1, que produz emissão espontânea amplificada (ASE) com baixo limiar de energia de 31 micro-Joule por centímetro quadrado estimulada por um laser de 532 nm. "Este valor é inferior aos relatórios anteriores de ASE / lasing com base em MOF. Além disso, reduzir a taxa de evaporação do solvente é um método eficaz para fundir nanocristais de MOF em um cristal denso e transparente, "Zhang diz.

Prof. Xiao-Ming Chen da Sun-Yat Sen University, o fundador do MAF-4, diz, "Esta estratégia estende o escopo candidato de cerâmica óptica e abre uma nova maneira de desenvolver dispositivos baseados em MOF para óptica, adsorção, separação e aplicações de detecção. "