美国宾夕法尼亚州立大学和英国剑桥大学的研究人员表示，ZIF玻璃是一种新型的玻璃系列，可以将硅酸盐玻璃的透明性与非脆性金属玻璃相结合。
“我们相信透明度，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程教授约翰莫罗说。“我们必须等待更大的样本，才能知道它是否具有金属玻璃的惊人延展性，但它看起来很有希望。”
最新的玻璃形成材料，沸石咪唑酯骨架(ZIF)，具有金属离子通过有机配体连接的结构。当在有限的高温范围内加热时，一些ZIF材料会熔化并重新形成玻璃结构，其中原子具有无序结构。除了透明和更具柔性的玻璃的潜力之外，一些zifs还包含大量用于气体储存的功能性孔-金属-有机框架，它们已被提议作为燃料电池车辆中氢气储存、催化、气体分离甚至药物输送的笼子。
“ZIF是如此新奇，以至于人们刚刚发现哪些化学物质可以形成眼镜，”毛罗说。“我们小组的目标是通过建模来加速这些新型眼镜的设计。”
在最后两篇期刊文章中，Mauro和他的同事使用了不同的建模方法来加深他们对ZIF玻璃的理解和预测。第一种建模方法ReaxFF是由宾夕法尼亚州立大学机械工程教授Adri van Duin开发的，他是两篇论文的合著者。ReaxFF是模拟候选材料熔化和重整的一种快速而经济的方法。
“很难模拟这些系统，因为这些模型通常是为有机系统或无机系统开发的，但不是两者都有，”Mauro博士后学者、两篇论文的主要作者杨永健说。“此外，与ReaxFF不同，其他型号在玻璃成型过程中不允许出现粘合失效和重整。”
杨补充说，使用ReaxFF可以将模拟执行所需的时间缩短到几个小时，而不是使用量子力学方法花费几天时间。
在最近发表在《物理化学快报》上的一篇论文中，研究人员使用了另一种建模方法，该方法最初是为另一种称为硫族化物玻璃的玻璃开发的。
“詹姆斯菲利普斯建议，我们可以像在桥梁或埃菲尔铁塔中设计桁架结构一样考虑眼镜，”Mauro说。
当时，在贝尔实验室，现在在罗格斯大学，菲利普斯提出了一种基于原子自由度与其他原子的刚性键数量进行比较来优化玻璃的方法。当粘合剂等于自由度(上下或侧向移动的能力)时，系统通常处于形成稳定玻璃的最佳状态。
康宁公司的Mauro和俄亥俄州立大学的Prabhat Gupta扩展了这一理论，发展了所谓的温度相关约束理论，该理论解释了高温下的键断裂，并且还扩展了该理论以定量预测玻璃性能。
“因为我们的理论是基于对键和原子的计数，所以可以用铅笔和纸来解决，”Mauro说。"我们可以准确预测玻璃的硬度、弹性模量、粘度和玻璃化转变温度."
虽然他们的理论是在2008年制定的，但它已经成功地应用于许多氧化物玻璃系统和工业玻璃成分的制定，但这是第一次将其应用于ZIF金属-有机玻璃系统。
剑桥大学的Thomas Bennett领导了这项工作的实验部分，包括合成ZIF样本，目前这些样本的大小只有几毫米。
“仍然有许多挑战需要解决，”毛罗说。“我们希望用这些建模方法来预测我们可以用来升级工业规模，然后商业化的玻璃。有光学透明、机械延展性好的玻璃不好吗？”
最近发表的题为“用拓扑约束理论预测沸石咪唑玻璃的玻璃化转变温度”的论文的其他作者是Mauro的博士生Collin Wilkinson、李国豪和Karan Doss范杜恩集团的研究副教授范杜恩和范杜恩，剑桥大学皇家学会的大学研究员托马斯贝内特。
宾夕法尼亚州立大学和皇家学会网络科学研究所资助了这项工作。
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