Durchbruch bei MOF-Gläsern:
Uralter Trick der Glasherstellung hilft
Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatz entwickelt, um sogenannte MOF-Gläser gezielt zu verändern und einfacher herzustellen. Die Wissenschaftler griffen dabei auf ein Prinzip zurück, das bereits seit Jahrhunderten genutzt wird.
Beteiligt an der Forschungsarbeit waren Forschende der TU Dortmund und der University of Birmingham. Das Team zeigte, dass sich die Eigenschaften der neuartigen Gläser gezielt beeinflussen lassen, indem kleine Mengen natrium- oder lithiumhaltiger Stoffe hinzugefügt werden. Dieser Trick kommt bereits lange bei der Herstellung herkömmlicher Gläser zum Einsatz. Dadurch sinkt die Temperatur, bei der das Material weich wird, und das Glas lässt sich im erhitzten Zustand leichter verarbeiten.
Bislang galt die Herstellung solcher MOF-Gläser als schwierig, da sie erst bei Temperaturen von mehr als 300 Grad Celsius formbar werden - also nahe an dem Punkt, an dem sie sich bereits zersetzen. Nach Einschätzung der Forschenden könnte die neue Methode die industrielle Verarbeitung deutlich erleichtern.
Um die Veränderungen im Material besser zu verstehen, nutzten die Forschenden moderne Analyseverfahren wie hochauflösende Kernspinresonanzspektroskopie sowie KI-gestützte Computermodelle. Die Untersuchungen zeigten, dass Natriumionen nicht nur Hohlräume im Material ausfüllen, sondern teilweise Zinkatome ersetzen. Dadurch wird das innere Netzwerk des Glases lockerer, was seine Eigenschaften verändert.
Nach Angaben des Teams sind weitere Studien nötig, um die Stabilität der Materialien zu verbessern und ihre Eignung für technische Anwendungen im industriellen Maßstab zu prüfen.
Siehe auch:
Sehr spezieller Werkstoff
MOF-Gläser basieren auf sogenannten metallorganischen Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOFs). Diese Materialien bestehen aus Metallatomen, die durch organische Moleküle verbunden sind. Sie gelten als vielversprechend für Anwendungen wie Gasspeicherung, Gastrennung oder spezielle Beschichtungen, weil sie unter anderem Kohlendioxid, Wasserstoff oder Wasser aufnehmen können.Beteiligt an der Forschungsarbeit waren Forschende der TU Dortmund und der University of Birmingham. Das Team zeigte, dass sich die Eigenschaften der neuartigen Gläser gezielt beeinflussen lassen, indem kleine Mengen natrium- oder lithiumhaltiger Stoffe hinzugefügt werden. Dieser Trick kommt bereits lange bei der Herstellung herkömmlicher Gläser zum Einsatz. Dadurch sinkt die Temperatur, bei der das Material weich wird, und das Glas lässt sich im erhitzten Zustand leichter verarbeiten.
Bislang galt die Herstellung solcher MOF-Gläser als schwierig, da sie erst bei Temperaturen von mehr als 300 Grad Celsius formbar werden - also nahe an dem Punkt, an dem sie sich bereits zersetzen. Nach Einschätzung der Forschenden könnte die neue Methode die industrielle Verarbeitung deutlich erleichtern.
Leichter zum Membran-Material
Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand das Material ZIF-62, eines der bekanntesten MOF-Gläser. Es besitzt eine poröse Struktur, die auch nach dem Schmelzen und Abkühlen teilweise erhalten bleibt. Gerade diese Eigenschaft macht den Werkstoff interessant für Membranen zur Gastrennung oder katalytische Prozesse.Um die Veränderungen im Material besser zu verstehen, nutzten die Forschenden moderne Analyseverfahren wie hochauflösende Kernspinresonanzspektroskopie sowie KI-gestützte Computermodelle. Die Untersuchungen zeigten, dass Natriumionen nicht nur Hohlräume im Material ausfüllen, sondern teilweise Zinkatome ersetzen. Dadurch wird das innere Netzwerk des Glases lockerer, was seine Eigenschaften verändert.
Nach Angaben des Teams sind weitere Studien nötig, um die Stabilität der Materialien zu verbessern und ihre Eignung für technische Anwendungen im industriellen Maßstab zu prüfen.
Zusammenfassung
- Forscherteam nutzt uralten Trick zur Modifikation von MOF-Gläsern
- MOF-Gläser bestehen aus Metallatomen, die durch organische Moleküle verbunden sind
- Anwendungen umfassen Gasspeicherung, Gastrennung und CO2-Aufnahme
- TU Dortmund und University of Birmingham kooperierten bei der Studie
- Natrium- oder lithiumhaltige Zusätze erleichtern die Verarbeitung erheblich
- Die Erweichungstemperatur sinkt durch die Beigabe kleiner Mengen dieser Stoffe
- Bislang galten MOF-Gläser als schwierig herstellbar wegen Temperaturen über 300°C
- Untersucht wurde das poröse MOF-Glas ZIF-62 mit seiner teils erhaltenen Struktur
- Moderne NMR-Spektroskopie und KI-Modelle halfen bei der Materialanalyse
- Natriumionen füllen Hohlräume und ersetzen teilweise Zinkatome im Glasnetzwerk
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