Nature Communications：金属有机框架玻璃的断裂韧性

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2020-05-23

MOF玻璃具有许多有趣的特征，如相对较高的泊松比，高透明度和亮度，在某些情况下还有微孔。一定数量的沸石咪唑骨架(ZIF)16-18可以在热分解之前熔化并随后淬火到玻璃态。其中，ZIF-62（ZnIm_1.75bIm_0.25，其中Im是咪唑，C₃H₃N₂⁻，bIm是苯并咪唑，C₇H₅N₂⁻)因为其具有超高的玻璃形成能力和大尺寸制备，因此可用于机械试验。结构研究表明，ZIF-62玻璃和晶体分别表现出长程无序和有序性。为了研究MOF玻璃是否适合未来的应用，有必要对其机械性能，包括强度和断裂韧性进行研究。然而，由于各种原因，测量和分析ZIF玻璃的断裂韧性非常具有挑战性。

有鉴于此，丹麦奥尔堡大学Morten M. Smedskjaer报道了使用实验和模拟来研究沸石咪唑酸盐骨架（ZIF-62）玻璃的断裂韧性和弯曲强度。

文章要点

1）研究人员采用单边预裂纹梁法测量了具有代表性的ZIF-62玻璃（Zn(C₃H₃N₂)_1.75(C₇H₅N₂)_0.25）的断裂韧性(KIC)，并用反应分子动力学进行了模拟。测得K_Ic值为0.1 MPa m^0.5，甚至低于脆性氧化物玻璃的K_Ic值，这是由于弱配位键(Zn-N)优先断裂所致。

2）尽管这种玻璃的泊松比与许多延性金属和有机玻璃的泊松比相似，但由于其断裂表面能很低，研究发现，其表现出了反常的脆韧性转变行为。

To, T., Sørensen, S.S., Stepniewska, M. et al. Fracture toughness of a metal–organic framework glass. Nat Commun 11, 2593 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-16382-7

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16382-7