Récemment, des chercheurs de l'université Sun Yat-Sen ont rapporté qu'en ralentissant simplement le taux d'évaporation du solvant, les nanocristaux à structure métal-organique peuvent fusionner à température ambiante pour former des monolithes transparents de type céramique avec une transmittance optique allant jusqu'à 84 pour cent et un seuil d'énergie faible pour l'émission spontanée amplifiée. Crédit :©Science China Press
Céramique, une sorte de monolithe polycristallin fritté par inorganique, cristallites non métalliques, est normalement opaque en raison de défauts, vides et biréfringence. L'élimination de la diffusion interne de la lumière crée des céramiques transparentes ou optiques.
Jie-Peng Zhang et ses collègues de l'Université Sun Yat-Sen ont développé de nouvelles armatures métallo-organiques pour la préparation de céramiques optiques. Ils ont publié leurs résultats dans Science Chine Matériaux .
Le groupe de Zhang s'est engagé dans le développement de structures métallo-organiques et leurs applications dans l'adsorption, séparation et détection pendant une longue période. Les céramiques optiques sont un type particulier de céramiques, et, comme des monocristaux, ils sont optiquement transparents. Le développement de la céramique optique repose fortement sur les matériaux précurseurs.
"Pour rendre la céramique transparente, le pore interne et l'impureté doivent être réduits à zéro. Il s'agit d'une demande très stricte, " dit Zhang. " Les précurseurs n'ont pas seulement besoin d'une grande pureté et d'une distribution de taille uniforme, mais doit être cristallisé en symétrie cubique pour supprimer l'effet de biréfringence."
En outre, la préparation des céramiques nécessite un processus de frittage à haute température. Par conséquent, à ce jour, seuls quelques matériaux peuvent être utilisés pour les céramiques optiques.
Polymères de coordination poreux, également connu sous le nom de charpentes métallo-organiques (MOF), ont attiré l'attention sur l'adsorption, catalyse, détection et optique. "Toutefois, communément, ce sont des poudres microcristallines, " dit-il. " Il est toujours difficile de préparer des membranes MOF et des monocristaux de haute qualité et de grande taille. "
Malgré une faible solubilité dans les solvants courants, les nanocristaux et les unités de construction des MOF ont un taux de change notable, surtout dans les grains de petite taille et de grande courbure. Zhang dit, "Il est essentiel à la croissance cristalline et aux processus d'échange ion/ligand des MOF." Un monolithe condensé peut être formé en cicatrisant les défauts à l'intérieur des agrégats qui sont assemblés par des nanocristaux MOF.
Zhang dit, "Cette philosophie nous motive à utiliser des nanocristaux MOF comme précurseurs, puis à les fusionner en un monolithe transparent, c'est à dire., céramiques optiques organo-métalliques (MOOC)."
Le 2-méthylimidazolate de zinc(II) de type SOD, à savoir MAF-4 ou ZIF-8, est le premier MOF avec une topologie de zéolite naturelle et une symétrie cristalline, largement étudié pour sa structure de pores spéciale et sa grande stabilité. Zhang dit, "Expérimentalement, nous avons utilisé de l'éthanol comme solvant pour produire des nanocristaux MAF-4 de diamètre 20 nm, et la substance gélatineuse obtenue par centrifugation a été séchée à l'air à température ambiante naturellement, qui se transforme finalement en monolithes incolores et transparents ou MOOC-1, avec 84 % de transmission optique. Si vous séchez les échantillons à haute température ou sous vide, tout comme les processus généraux des synthèses MOF, vous ne pouvez obtenir le MOF que sous forme de poudres blanches courantes."
L'analyse par diffraction des rayons X indique que MOOC-1 est polycristallin au lieu d'un monocristal ou d'un verre. Les porosités à l'intérieur du MOF-4 et de ses assemblages permettent le colorant luminescent, sulforhodamine 640 (SRh), à doper en MOOC-1 pour former une céramique optique luminescente SRh@MOOC-1, qui produit une émission spontanée amplifiée (ASE) avec un seuil de faible énergie de 31 micro-joules par centimètre carré stimulé par un laser à 532 nm. "Cette valeur est inférieure aux rapports précédents d'ASE/lasing basés sur MOF. De plus, abaisser le taux d'évaporation du solvant est une méthode efficace pour fusionner des nanocristaux MOF en un cristal dense et transparent, " dit Zhang.
Le professeur Xiao-Ming Chen de l'Université Sun-Yat Sen, le fondateur de MAF-4, dit, "Cette stratégie étend le champ d'application des céramiques optiques et ouvre une nouvelle voie pour développer des dispositifs à base de MOF pour l'optique, adsorption, applications de séparation et de détection."
