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“晶體-液體-玻璃”相變?yōu)榭烧{(diào)控新型玻璃的合成提供了全新的途徑。與傳統(tǒng)玻璃不同，晶態(tài)材料可以通過配位化學(xué)和網(wǎng)格化學(xué)設(shè)計原理來微調(diào)所需的屬性，如改善傳質(zhì)、光學(xué)性能等，這是無法在傳統(tǒng)無機、有機和金屬玻璃中實現(xiàn)的。如何誘導(dǎo)晶態(tài)材料局域結(jié)構(gòu)無序進而實現(xiàn)液化再到玻璃化轉(zhuǎn)變是一個挑戰(zhàn)，因為絕大部分晶態(tài)材料直至分解溫度也無法熔融。例如，在研究廣泛的金屬有機框架體系中，盡管目前已報道的材料個數(shù)已超過十萬，歷時十余年，玻璃態(tài)探索仍舊局限于ZIF-4、ZIF-62、ZIF-8等極少數(shù)模型化合物。打破“晶體-液體-玻璃”過程中對金屬和配體的限制，開發(fā)普適性晶態(tài)材料玻璃化合成途徑是目前該領(lǐng)域的研究瓶頸。

近日，受到傳統(tǒng)無機玻璃制作過程中引入純堿、草木灰等礦物來降低熔點，以及深共晶溶劑（DES）混合物熔點明顯下降特點的啟發(fā)，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所張健團隊揭開團簇玻璃化的面紗，通過在分子水平上的DESs晶格摻雜設(shè)計合成了第一類可熔化的鋁分子環(huán)。這類分子環(huán)化合物在加熱后經(jīng)歷了晶體-液體-玻璃的過程，結(jié)構(gòu)中的鋁分子環(huán)、DES組分和晶格溶劑之間，豐富而強的氫鍵被認(rèn)為是熔點降低的根源。這種晶格摻雜的結(jié)合方法為團簇玻璃的開發(fā)提供了普適性的制備途徑。此外，團簇玻璃“軟材料”的可塑性促使研究人員繼續(xù)探索其可加工性和光學(xué)性能。該團隊在常壓下采用簡易“熱壓法”制備無氣泡玻璃膜并保持與原始晶體類似的發(fā)光與三階非線性效果。與傳統(tǒng)的基材粘合方法相比，這種團簇玻璃膜的成型不需要額外的混合介質(zhì)，展現(xiàn)出團簇玻璃的優(yōu)勢。

團簇玻璃材料的可控制備和光學(xué)應(yīng)用探索為晶體-液體玻璃家族提供了新的設(shè)計理念。在該工作中，研究人員展示了DES啟發(fā)的鋁氧團簇玻璃的制備并研究了這類玻璃產(chǎn)品的形成機制與作為多功能光學(xué)玻璃的潛力。鋁氧分子環(huán)與離子液體組分的結(jié)合策略克服了晶體玻璃對金屬和配體類型的限制，有望為“晶體-液體-玻璃”的研究打開更加寬廣的局面。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

論文鏈接

與DES組分結(jié)合的鋁分子環(huán)示意圖