Ferramentas de análise química de precisão usadas por arqueólogos e engenheiros de materiais de alta tecnologia revelaram evidência de fabricação de vidro surpreendentemente sofisticada em todo o mundo antigo. Vidro soprado fritado com aditivos metálicos como cobaltocriando tons azuis vívidos, estendido locais culturais ao longo de toda a Rota da Seda, que datam do segundo milênio aC. E vidros do final da Idade do Bronze do Egito e da Mesopotâmia foram encontrados misturados com cobrecriando verdes esmeraldas cintilantes para o comércio com a Grécia micênica.
Agora, cientistas na Alemanha e no Reino Unido adaptaram alguns truques antigos desta química tradicional da produção de vidro para ajudar a promover uma construção genuinamente do século XXI. conquista : estrutura de imidazolato zeolítico (ZIF) vidro feito para sensores, eletrônicos, catalisadores e captura de carbono. Os vidros ZIF misturam átomos de metal e moléculas orgânicas à base de carbono, criando um ambiente totalmente novo. categoria de vidro – um sem silício, mas cheio de estruturas cristalinas complexas e poros microscópicos prontos para reter gases de efeito estufa para armazenamento de carbono ou fótons de luz para fibras ópticas.
Mas, infelizmente, o vidro ZIF e seus colegas vidros de estrutura metal-orgânica (MOF) não têm sido tão fáceis de produzir em massa ou de ajuste fino. Felizmente, esses pesquisadores encontraram um truque literalmente antigo na forma de compostos de benzimidazolato, que há muito são usados como aditivos na fabricação de vidro tradicional.
“O vidro faz parte da civilização humana há milênios”, disse o químico da Universidade de Birmingham, Dominik Kubicki, coautor do novo estudo, em um comunicado. declaração. “Da antiga Mesopotâmia aos modernos cabos de fibra óptica, pequenas quantidades de modificadores químicos facilitam o processamento do vidro e alteram suas propriedades funcionais”, explicou Kubicki.
Pequenos quartos em casas de vidro
Em última análise, Kubicki e seus colegas queriam discernir se poderiam reproduzir alguns dos mesmos métodos de fabricação personalizados usados para vidro de sílica no ZIF.
“Nossa abordagem é inspirada em como os vidros de silicato convencionais foram modificados: interrompendo a estrutura da rede para ajustar o comportamento de fusão e as propriedades mecânicas”, explicou Sebastian Henke, colaborador de Kubicki e químico da Universidade TU Dortmund, na Alemanha, em um comunicado.
“Nosso estudo mostra que o mesmo princípio pode ser transferido para vidros híbridos metal-orgânicos”, disse Henke.
A equipe de Henke e Kubicki empregou aditivos benzimidazolato de sódio e benzimidazolato de lítio em seus experimentos de fabricação de vidro, testando como eles ajustavam as propriedades de uma forma de vidro ZIF conhecida como ZIF-62. Atado com zinco, este vidro metal-orgânico provou adepto na separação seletiva do dióxido de carbono de misturas de gases ricos em nitrogênio (como o ar que respiramos) em uma proporção de 34,5 para um.
O benzimidazolato de sódio provou ser capaz de ajudar a fabricar o vidro ZIF-62 que poderia absorver dióxido de carbono em taxas ajustáveis, revelando um aumento de aproximadamente 26% no volume total das lacunas ou poros especiais necessários para este processo.
Ambos os aditivos também se mostraram promissores na redução da temperatura de transição vítrea do ZIF-62, o calor no qual o vidro se torna flexível e flexível. Mas o benzimidazolato de sódio, em particular, baixou este limiar chave de 561 graus Fahrenheit (294 graus Celsius) para 322 graus F (161 graus C).
Kubicki observou que vidros MOF como o ZIF-62 geralmente “amolecem apenas em altas temperaturas” em torno de 300 graus C (572 graus F), o que é perigosamente “próximo de sua temperatura de degradação, tornando a fabricação um desafio e limitando o uso mais amplo”.
“Esta descoberta abre novas possibilidades para futuros materiais de alto desempenho”, disse ele.
Zoológico de vidro
Os testes de adaptação de vidro dos pesquisadores fornecem uma “estrutura transferível” entre os tipos de vidro ZIF e MOF, conforme escreveram em seu novo estudo publicado este mês na revista Nature Chemistry. Esse sucesso abre a oportunidade de experimentar uma série de modificadores tradicionais de fabricação de vidro nesses novos materiais em um futuro próximo.
Aspectos de seus testes de ajuste de tamanho de poro, observou a equipe, “são paralelos ao processo Vycor bem estabelecido”, desenvolvido na década de 1930, pelo químico Martin Nordberg, da gigante de vidro Corning. O vidro Vycor, além de suas variantes de membrana porosa, provou ser extremamente resistente ao calor e aos ácidos, tornando-os ideais para uso em janelas de espaçonaves, como as usadas nas janelas da NASA. Gêmeos missões.
De acordo com a Universidade de Birmingham, Henke, Kubicki e a sua equipa prevêem que a próxima fase deste projecto exigirá tornar os materiais mais estáveis e testar “até que ponto são úteis em tecnologias do mundo real”.
“Esse avanço aproxima os óculos MOF da fabricação no mundo real”, disse Henke.
