A TU Dortmund Egyetem és a Birminghami Egyetem kutatói úgynevezett fémorganikus vázakból, másnéven MOF-anyagokból készített üvegeket vizsgáltak. A MOF-ok olyan fématomokból és szerves molekulákból felépülő kristályos anyagok, amelyek szivacsos szerkezetüknek köszönhetően képesek szén-dioxidot, hidrogént vagy akár vizet is megkötni. A kutatók a hagyományos üveggyártásból ismert kémiai szerkezetmódosítást alkalmazták ezeken az anyagokon.
Fotó: WLADIMIR BULGAR/SCIENCE PHOTO LI / WBU
Hogyan tették könnyebben formálhatóvá az új típusú üveget?
Nátriumot és lítiumot tartalmazó vegyületeket adtak a kutatók a fémorganikus alapanyaghoz, ami aztán jelentősen megváltoztatta az üveg tulajdonságait Az adalékanyagok csökkentették azt a hőmérsékletet, amelyen az anyag meglágyul, és a folyékonyságát is javították hevítés közben.
Ez azért lényeges, mert a MOF-üvegek eddig csak 300 Celsius-fok feletti hőmérsékleten váltak formálhatóvá, ami már közel állt az anyag bomlási pontjához. Ez jelentősen megnehezítette a gyártást és a szélesebb körű felhasználást.
Az új módszerrel stabilabban és egyszerűbben lehet ilyen típusú üveget előállítani.
Miért különleges az új üveg a hagyományos változatokhoz képest?
A kutatás egyik központi anyaga a ZIF-62 nevű MOF-üveg volt. Ez az anyag megőrzi a belső porózus szerkezetének egy részét még azután is, hogy megolvasztják és üveggé alakítják. Emiatt különösen alkalmas lehet gázok szétválasztására, tárolására vagy katalitikus folyamatok támogatására. A kutatók szerint ugyanaz az elv működik itt is, mint a hagyományos szilikátüvegeknél: a szerkezet tudatos megbontásával módosítható az olvadási viselkedés és a mechanikai tulajdonságok. Ez közelebb viheti a MOF-üvegeket az ipari felhasználáshoz.
Milyen módszerekkel elemezték a szerkezetét?
- A kutatócsoport először fejlett atomvizsgálati módszerekkel elemezte az anyagot. Magas hőmérsékletű mágneses magrezonanciás spektroszkópiával figyelték meg, hogyan épülnek be a nátriumionok az üveg szerkezetébe. Az eredmények szerint a nátrium nem egyszerűen kitölti az üres tereket, hanem egyes cinkatomok helyére is beépül, ezzel lazábbá téve az anyag szerkezetét.
- A bonyolult mérési adatokat mesterséges intelligenciával is elemezték. A gépi tanulás segítségével pontosabban sikerült feltérképezni, hogyan változik az anyag szerkezete az adalékanyagok hatására.
Mire lesz használható a jövőben?
Az új eljárás alapjaiban változtathatja meg a MOF-üvegek fejlesztését.
Az ilyen anyagok a jövőben fontos szerepet kaphatnak
- a gázszűrésben,
- a vegyi anyagok tárolásában,
- speciális bevonatok készítésében vagy akár
- ipari katalizátorokban is.
A fejlesztés ugyanakkor még nem zárult le, mert a kutatók szerint további vizsgálatokra van szükség az anyagok stabilitásának javításához és gyakorlati teljesítményük pontos felméréséhez. Az eredmények azonban már most azt mutatják, hogy egy ősi üveggyártási elv modern technológiákkal kombinálva új generációs anyagok előtt nyithat utat – írja a SciTech Daily.
Írta az origo.hu
