Le verre peut être synthétisé grâce à une nouvelle transformation de phase « cristal-liquide-verre ». Les matériaux cristallins peuvent être affinés pour obtenir les propriétés souhaitées telles qu’un transfert de masse et des propriétés optiques améliorés grâce aux principes de conception de la chimie de coordination et de la chimie de grille.
Cependant, comment induire le désordre structurel local des matériaux cristallins pour obtenir une transition vitreuse reste un défi car la plupart d’entre eux subissent une décomposition avant de fondre.
Dans le système de charpente métallo-organique, l’exploration des états vitreux est limitée à quelques composés modèles tels que ZIF-4, ZIF-62 et ZIF-8. Il est nécessaire de briser les limitations des métaux et des ligands dans le processus « cristal-liquide-verre » et de développer la voie de synthèse vitreuse de matériaux cristallins universels.
Dans une étude publiée dans Angewandte Chemie International Editionun groupe de recherche dirigé par le professeur Zhang Jian et le professeur Fang Weihui de l’Institut de recherche du Fujian sur la structure de la matière de l’Académie chinoise des sciences a rapporté des anneaux moléculaires en aluminium fusible dotés de fluorescence et de propriétés optiques non linéaires.
Inspirés par les caractéristiques des mélanges de solvants eutectiques profonds (DES) impliquant des baisses significatives des points de fusion par rapport à leurs composants purs, les chercheurs ont conçu et synthétisé les premiers exemples d’amas oxo d’aluminium fusibles via un dopage en réseau avec des DES au niveau moléculaire.
Ce type de composé cyclique moléculaire subit un processus cristal-liquide-verre après chauffage. Les liaisons hydrogène abondantes et fortes entre l’anneau moléculaire de l’aluminium, les composants DES et le solvant du réseau dans la structure sont considérées comme étant à l’origine du point de fusion plus bas. Cette méthode de liaison par dopage de réseau fournit une méthode de préparation générale pour le développement de verre en grappe.
Les chercheurs ont déterminé les changements de composition des composés avant et après la fusion et la trempe grâce à des méthodes de caractérisation modernes et à la surveillance de la température in situ (TG-IR-MS). Ils ont essayé de mélanger le solvant DES avec un anneau Al8 vide par dopage physique, et n’ont trouvé aucun phénomène de fusion dans le mélange après chauffage, ce qui prouve l’importance du dopage du composant DES dans le réseau, c’est-à-dire que le composant DES forme une structure « supracluster ». avec anneau moléculaire en aluminium.
En raison de la plasticité du « matériau mou » du verre cluster, les chercheurs ont exploré son usinabilité et ses propriétés optiques. Ils ont préparé le film de verre sans bulles par une simple méthode de « pressage à chaud » sous pression atmosphérique et ont bien maintenu la luminescence et l’effet non linéaire du troisième ordre similaire à celui du cristal d’origine.
La formation de ce film de verre en grappe ne nécessite pas de support mixte supplémentaire, ce qui est différent de la méthode traditionnelle de liaison de substrat, révélant ainsi les avantages du verre en grappe.
Cette étude démontre le potentiel du verre dérivé de l’aluminium préparé par le troisième métal le plus abondant dans la croûte terrestre, pour le développement durable. La stratégie combinant l’anneau moléculaire d’aluminium et le composant liquide ionique surmonte les limitations du type de métal et de ligand du verre cristallin et offre une meilleure approche pour l’étude du « cristal-liquide-verre ».
Plus d’information:
San-Tai Wang et al, Anneaux moléculaires en aluminium fusible avec fluorescence et propriétés optiques non linéaires, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202400161