Relâmpagos e vulcões produzem vidro, e os humanos fabricam vidro com dióxido de silício desde a pré-história. A industrialização nos trouxe vidros à base de boro, vidros de polímero e vidros metálicos, mas agora uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu uma nova família de vidro com base em metais e compostos orgânicos que se acumula até a sílica original na capacidade de formação de vidro.

A capacidade de formação de vidro é a capacidade de um líquido evitar a cristalização durante o resfriamento.

"O vidro é um líquido congelado em um material semelhante a um sólido na forma não cristalina, "disse John C. Mauro, professor de ciência e engenharia de materiais, Estado de Penn. "Mecanicamente, ele se comporta como um sólido, mas está em algum lugar entre um líquido e um sólido."

A chave para fazer vidro é derreter os materiais de origem e, de alguma forma, conseguir resfriá-los para que nenhum cristal se forme. Uma maneira de fazer isso é por resfriamento ou têmpera rápida. Isso reduz o tempo disponível para a formação de cristais devido à rápida queda de temperatura.

O vidro de sílica básico tem uma estrutura tetraédrica com silício no centro e quatro átomos de oxigênio nos cantos. Um tetraedro é uma pirâmide triangular. Cada oxigênio se liga a outro tetraedro centrado no silício.

O vidro orgânico-metálico que os pesquisadores produziram substitui o silício pelo zinco, mas usa dois compostos orgânicos semelhantes, mas diferentes nos cantos - imidazolato e benzimidazolato. Essas moléculas orgânicas tomam aleatoriamente o lugar dos átomos de oxigênio nos cantos do tetraedro.

O vidro de sílica tinha a melhor capacidade de formação de vidro de todos os vidros até que os pesquisadores sintetizaram o vidro orgânico metálico ZIF-62 à base de zinco. os pesquisadores relataram hoje (9 de março) online em Avanços da Ciência . Eles notaram que quanto mais benzimidazolato é incorporado na estrutura metálica / orgânica, melhor será a capacidade de formação de vidro. Os líquidos mais viscosos com os ligantes mais volumosos tendem a resistir melhor à cristalização.

ZIF-62 tem a melhor capacidade de formação de vidro de 50 vidros existentes e, embora o vidro de sílica padrão seja quebradiço, o vidro metal-orgânico é muito mais flexível, o que também pode aumentar sua capacidade de formação de vidro.

O vidro orgânico à base de zinco é mais difícil de produzir do que o vidro de sílica porque os compostos orgânicos imidazolato e benzimidazolato precisam ser sintetizados primeiro, misturado com nitrato de zinco hidratado e um solvente. A mistura então derrete a aproximadamente 800 graus Fahrenheit.

A temperatura é importante porque a mistura deve derreter completamente, mas não atinge aproximadamente 980 graus Fahrenheit, nesse ponto, o vidro derretido vaporizará.

Os pesquisadores analisaram as propriedades de alguns materiais usando uma variedade de abordagens espectroscópicas e difração de raios-x. Eles também mediram as propriedades mecânicas do vidro fundido e a transmissão óptica. Alguns desses testes foram feitos na Corning Inc., em Corning, Nova york.

"Esta família de óculos é tão nova que, embora tenhamos determinado sua capacidade de formação de vidro e algumas outras propriedades, não caracterizamos totalmente todas as suas propriedades materiais, "disse Mauro." Também é preciso pesquisar como aumentar a escala desse processo de manufatura. "

Os pesquisadores também gostariam de identificar outras combinações orgânico-metálicas para fazer vidros diferentes. Em seguida, eles planejam olhar para um vidro à base de cobalto.