Investigadores en materiales han producido una nueva familia de vidrio a base de metales y compuestos orgánicos que acumula hasta la sílice original en la capacidad de formación de vidrio.

Los rayos y los volcanes producen vidrio, y los humanos han estado fabricando vidrio a partir del dióxido de silicio desde la prehistoria. La industrialización nos trajo vidrio a base de boro, vidrios de polímero y lentes metálicas.

La capacidad de formación de vidrio es la capacidad de un líquido para evitar la cristalización durante el enfriamiento. “El vidrio es un líquido congelado en un material similar al sólido en forma no cristalina”, apunta el profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Pennsylvania (Penn State) John C. Mauro, autor de la investigación. “Mecánicamente se comporta como un sólido, pero está en algún lugar entre un líquido y un sólido”, añade en un comunicado.

La clave para hacer vidrio es fundir los materiales de origen y de alguna manera lograr que se enfríen para que no se formen cristales. Una forma de hacerlo es enfriando o sofocándolos rápidamente, de forma que se acorta el tiempo disponible para la formación de cristales debido a la rápida caída de la temperatura.

El vidrio de sílice básico tiene una estructura tetraédrica con silicio en el centro y cuatro átomos de oxígeno en las esquinas. Un tetraedro es una pirámide triangular. Cada oxígeno se une a otro tetraedro centrado en el silicio. El vidrio orgánico de metal que los científicos produjeron sustituye el zinc por el silicio, pero utiliza dos compuestos orgánicos similares pero diferentes en las esquinas: imidazolato y benzimidazolato. Estas moléculas orgánicas toman el lugar al azar de los átomos de oxígeno en las esquinas del tetraedro.

El vidrio de sílice tenía la mejor capacidad para formar vidrio de todos los vidrios hasta que los investigadores sintetizaron el vidrio orgánico de zinc ZIF-62 basado en zinc, informaron los investigadores en la edición digital de ‘Science Advances’. Notaron que cuanto más benzimidazolato se incorpora al marco metal/orgánico, mejor es la capacidad de formación de vidrio. Los líquidos más viscosos con los ligandos más voluminosos tienden a resistir mejor la cristalización.

ZIF-62 tiene la mejor capacidad de vidrio de 50 vasos existentes y, aunque el vidrio de sílice estándar es frágil, el vidrio orgánico de metal es mucho más flexible, lo que también puede aumentar su capacidad de formación de vidrio. El vidrio orgánico a base de zinc es más difícil de producir que el vidrio de sílice debido a que los compuestos orgánicos imidazolato y bencimidazolato primero deben sintetizarse, mezclarse con nitrato de zinc hidratado y un solvente. La mezcla se derrite a aproximadamente 800 grados Fahrenheit (426,67 grados Celsius).

La temperatura es importante porque la mezcla debe fundirse por completo, pero no alcanzar aproximadamente 980 grados Fahrenheit (526,67 grados Celsius), en cuyo punto el vidrio fundido se vaporizará. Los investigadores analizaron algunas propiedades de los materiales usando una variedad de enfoques espectroscópicos y difracción de rayos X. También midieron las propiedades mecánicas y la transmisión óptica del vidrio fundido. Algunas de estas pruebas se realizaron en Corning Inc., en Corning, Nueva York, Estados Unidos.

“Esta familia de vidrios es tan nueva que, si bien hemos determinado su capacidad de formación de vidrio y algunas otras propiedades, no hemos caracterizado por completo todas sus propiedades materiales –señala Mauro–. También es necesario investigar cómo ampliar este proceso para la fabricación”. Los investigadores también quisieran identificar otras combinaciones metal-orgánicas para hacer diferentes lentes. A continuación, planean analizar un vidrio de cobalto.

Fuente: Europa Press