La foudre et les volcans produisent tous deux du verre, et les humains fabriquent du verre à partir de dioxyde de silicium depuis la préhistoire. L'industrialisation nous a apporté des verres à base de bore, verres polymères et verres métalliques, mais maintenant, une équipe internationale de chercheurs a développé une nouvelle famille de verre à base de métaux et de composés organiques qui s'empile jusqu'à la silice d'origine dans la capacité de formation de verre.

La capacité de formation de verre est la capacité d'un liquide à éviter la cristallisation pendant le refroidissement.

"Le verre est un liquide congelé en un matériau solide sous forme non cristalline, " a déclaré John C. Mauro, professeur de science et génie des matériaux, État de Penn. "Mécaniquement, il se comporte comme un solide mais il se situe quelque part entre un liquide et un solide."

La clé de la fabrication du verre est de faire fondre les matériaux de base, puis de les refroidir d'une manière ou d'une autre afin qu'aucun cristal ne se forme. Une façon de procéder consiste à refroidir ou à tremper rapidement. Cela raccourcit le temps disponible pour la formation des cristaux en raison de la chute rapide de la température.

Le verre de silice basique a une structure tétraédrique avec du silicium au centre et quatre atomes d'oxygène aux coins. Un tétraèdre est une pyramide triangulaire. Chaque oxygène se fixe à un autre tétraèdre centré sur le silicium.

Le verre organométallique produit par les chercheurs remplace le zinc par du silicium, mais utilise deux composés organiques similaires mais différents aux coins :l'imidazolate et le benzimidazolate. Ces molécules organiques prennent au hasard la place des atomes d'oxygène aux coins du tétraèdre.

Le verre de silice avait la meilleure capacité de formation de verre de tous les verres jusqu'à ce que les chercheurs synthétisent le verre métal-organique ZIF-62 à base de zinc, les chercheurs ont rapporté aujourd'hui (9 mars) en ligne dans Avancées scientifiques . Ils ont remarqué que plus le benzimidazolate incorporé dans la charpente métallique/organique, meilleure est la capacité de formation de verre. Les liquides les plus visqueux avec les ligands les plus volumineux ont tendance à mieux résister à la cristallisation.

Le ZIF-62 a la meilleure capacité de formation de verre de 50 verres existants et bien que le verre de silice standard soit cassant, le verre métal-organique est beaucoup plus souple, ce qui peut également ajouter à sa capacité de formation de verre.

Le verre organique à base de zinc est plus difficile à produire que le verre de silice car les composés organiques imidazolate et benzimidazolate doivent d'abord être synthétisés, mélangé avec du nitrate de zinc hydraté et un solvant. Le mélange fond alors à environ 800 degrés Fahrenheit.

La température est importante car le mélange doit fondre complètement, mais n'atteint pas environ 980 degrés Fahrenheit, à quel point le verre fondu se vaporisera.

Les chercheurs ont examiné certaines propriétés des matériaux en utilisant diverses approches spectroscopiques et la diffraction des rayons X. Ils ont également mesuré les propriétés mécaniques et la transmission optique du verre fondu. Certains de ces tests ont été effectués chez Corning Inc., à Corning, New York.

"Cette famille de lunettes est si nouvelle que, alors que nous avons déterminé sa capacité de formation de verre et quelques autres propriétés, nous n'avons pas complètement caractérisé toutes ses propriétés matérielles, " a déclaré Mauro. " Il doit également y avoir des recherches sur la façon d'étendre ce processus de fabrication. "

Les chercheurs aimeraient également identifier d'autres combinaisons métallo-organiques pour fabriquer différents verres. Ils envisagent ensuite d'examiner un verre à base de cobalt.