AAU-forskere bringer ny viden om revner og brud i glas

Aalborg Universitet har i de senere år præsenteret flere progressive forskningsresultater på internationalt niveau inden for glasvidenskab og teknologi. Nu sker det igen. Et forskerteam fra Institut for Kemi og Biovidenskab på AAU med professor MSO Morten Mattrup Smedskjær og professor Yuanzheng Yue i spidsen har netop offentliggjort resultaterne af et nyt studie, der for første gang undersøger revnedannelse og brud i mikroporøse glasmaterialer.

Ny viden om glas giver nye muligheder
Forskerteamet påviser i de nye undersøgelser, hvordan MOF-glas reagerer ved forskellige ydre påvirkninger.De såkaldte MOF-glas, hvis mekaniske egenskaber undersøges i studiet, er en nye familie af glasmaterialer, der er dannet ved smeltning. De blev opdaget af et internationalt hold for fem år siden med Yuanzheng Yue som hovedopfinder.

Den nye glasfamilie består af en metal-organisk struktur (metal-organic frameworks eller MOF), der har mulighed for at danne en væsentlig mere porøs (åben) struktur end traditionelle glasmaterialer. I modsætning til krystallinsk MOF-pulver kan smeltedannet MOF-glas fremstilles i forskellige former og størrelser.

-   Den ny viden er afgørende for at kunne identificere nye muligheder og begrænsninger for anvendelsen af de forskellige typer af glas. Det er vigtigt at forstå de mekaniske egenskaber for alle disse anvendelser – blandt andet i forhold til, hvor pålideligt materialerne er over tid, udtaler professor MSO Morten Mattrup Smedskjær.

Resultaterne har derfor stor betydning for forståelsen af revnedannelser og brud i glasmaterialer og er netop blevet publiceret i to af verdens førende, videnskabelige tidsskrifter: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) og Nature Communications.

-   Vi har fokuseret på brudsejhed af MOF-glas ved at teste glassets evne til at modstå udbredelse af revner. MOF-glas er et hybridmateriale, der består af en blanding af organiske og uorganiske komponenter. Vores studier har vist, at bruddet igennem materialerne kun sker gennem de svage zinc-nitrogen koordinationsbindinger, der forbinder de to komponenter. Dette giver en meget lav brudsejhed, forklarer Morten Mattrup Smedskjær.

Kan måske udnyttes til ny type medicinkapsel
Forskerteamet peger i artiklerne på, at et nyt MOF-glas desuden udviser overraskende og unormal revnedannelse, når man sammenligner det med de allerede kendte glasfamilier. Der dannes f.eks. områder med meget høj lokal deformation - såkaldte ”shear bands” - hvilket igen kan tilskrives de særlige zinc-nitrogen koordinationsbindinger. Den nye viden giver hos professor Yuanzheng Yue og kollegerne anledning til en forhåbning om, at man vil kunne anvende MOF-glas til flere interessante formål i fremtiden.

-   Det kunne være som materiale til gas-indfangning eller som vært for medicin eksempelvis i forbindelse med radionuklider til direkte bestråling i kroppen. Glassene kombinerer høj lastningskapacitet med mulighed for kemisk funktionalisering og langsommere medicinfrigivelse i forhold til MOF krystaller, forklarer Yuanzheng Yue.

Hvad det nye kendskab til de mekaniske egenskaber af MOF-glas konkret vil medføre af produkter i fremtiden er endnu uvist. Glasforskernes gennembrud er et resultat, der vækker opsigt i videnskabelige kredse og skal ses som grundlagsskabende forskning med stort potentiale inden for forståelse af revnedannelse og brud i glasmaterialer generelt.

FAKTA
Projektet er finansieret af VILLUM FONDEN og er blevet udført af en række unge forskere fra Institut for Kemi og Biovidenskab på Aalborg Universitet, herunder ph.d.-studerende Malwina Stepniewska og Søren S. Sørensen samt postdocs Theany To og Ang Qiao. Projektets formål er at undersøge samspillet mellem glasmaterialers atomare stuktur og glassets mekaniske egenskaber.