Sklo nemusí být při výrobě pouze výsledkem ochlazení roztaveného materiálu. Výzkumníci z TU Dortmund University, Paderborn University, University of Duisburg-Essen a University of Oxford ukázali, že jeho vnitřní chemii lze během tavení aktivně měnit. Do vybraných materiálů přidali molekulu 1,10-fenantrolinu, která současně snižuje teplotu potřebnou k roztavení a přeskupuje vazby mezi kovovými atomy a organickými molekulami.
Studie zveřejněná v časopise Nature Materials se zaměřila na skla odvozená od kov-organických sítí, známých pod zkratkou MOF. Jde o materiály, v nichž jsou kovová centra propojena organickými molekulami do prostorové sítě. MOF se využívají například při výzkumu ukládání plynů, katalýzy nebo senzorů, jejich krystalická struktura však omezuje možnosti, jak měnit jejich vlastnosti. Některé z těchto materiálů lze roztavit a rychlým ochlazením převést do neuspořádaného skelného stavu.
Fenantrolin v nové metodě nefunguje jen jako přísada usnadňující tavení, takzvaný tokový prostředek. Váže se také přímo na kovová centra a částečně vytěsňuje původní spojovací molekuly. Tím mění jejich koordinační okolí, tedy počet a uspořádání nejbližších atomů či molekul kolem kovového atomu. Rozsah změny lze podle studie ovlivňovat množstvím přidaného fenantrolinu.
Nejvýraznější účinek vědci pozorovali u materiálů s kobaltem. U jednoho ze zkoumaných skel klesla teplota skelného přechodu z 312 na 206 °C. Skelný přechod je oblast, v níž materiál přechází mezi pevným sklem a viskózní kapalinou. U jiného materiálu, který se v původní podobě netavil a netvořil sklo, se podařilo připravit plně amorfní, tedy dlouhodobě neuspořádaný, materiál při 230 °C; jeho teplota skelného přechodu činila 125 °C.
Nižší teploty zároveň omezily rozklad výchozích látek. To bylo důležité hlavně u kobaltnatých materiálů, protože při běžném zpracování vznikaly nechtěné příměsi, které mohly zakrýt skutečné magnetické chování. Analýzy založené mimo jiné na rentgenové absorpční spektroskopii ukázaly, že fenantrolin skutečně mění okolí kobaltových atomů, aniž by měnil jejich oxidační stav. Výsledná skla nevykazovala dlouhodosahové magnetické uspořádání, zachovala však antiferomagnetické interakce a ty byly ve zkoumaném systému silnější než u původního krystalického materiálu.
Autoři postup vyzkoušeli také u dalších sítí s kobaltem, zinkem, mědí a niklem a u různých organických spojovacích molekul. U části z nich se podařilo převést původně netavitelné materiály do skelného stavu. Výzkum tak podle Nature Materials ukazuje způsob, jak v kapalné fázi řídit nejen teplotu zpracování, ale i místní vazby a celkové propojení sítě. Praktické využití v optoelektronice, senzorech nebo katalýze zůstává předmětem dalšího výzkumu; současná studie především potvrzuje chemický princip a jeho vliv na strukturu a magnetické vlastnosti materiálů.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.