次世代ガラスの新しい製造方法を開発(Scientists unlock new way to engineer next generation glass)

2026-05-04 英国・バーミンガム・シティ大学

英国バーミンガム大学の研究グループは、ガラスの原子レベルの構造を精密に制御する新たな設計手法を開発し、次世代ガラス材料の開発につながる知見を示した。従来、ガラスは結晶のような規則的構造を持たないため、組成と物性の関係を予測することが難しかった。本研究では、高度なシミュレーションと構造解析を組み合わせ、ガラス内部の原子配列や局所構造が機械的・熱的特性に及ぼす影響を明らかにした。これにより、必要な特性を持つガラスを原子レベルで設計する新たな指針が得られ、従来の試行錯誤型の材料開発から予測設計型への転換が期待される。成果は、高強度・高耐久ガラスをはじめ、光学材料、電子材料、エネルギー関連材料など幅広い分野への応用が見込まれ、次世代の高機能ガラス開発を加速する重要な基盤技術となる。

<関連情報>

アルカリイオン修飾ゼオライトイミダゾレート骨格ガラス Alkali-ion-modified zeolitic imidazolate framework glasses

Pascal Kolodzeiski,Benjamin M. Gallant,Lennard Richter,Mario Antonio T. Ongkiko,Carlo Franke,Aleksander Kostka,Wen-Long Xue,Chinmoy Das,Jan-Benedikt Weiß,Elena Kolodzeiski,Thomas Kress,Gregor Kieslich,Tong Li,Andrew J. Morris,Dominik Kubicki & Sebastian Henke
Nature Chemistry  Published:04 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-026-02115-8

次世代ガラスの新しい製造方法を開発(Scientists unlock new way to engineer next generation glass)

Abstract

Modifying glass compositions is key to creating silicate-based glasses for technologies including optical fibres, catalytic supports, protective coatings and separation membranes. Here we extend this concept to metal–organic framework (MOF) glasses by modifying the MOF glass former ZIF-62 with Li(bim) and Na(bim) as compatible glass modifiers (benzimidazolate, bim). Melt-quenching of physical mixtures with increasing Na(bim) content yields modified MOF glasses that exhibit a systematic decrease in the glass transition temperature (Tg), accompanied by increased liquid fragility, configurational heat capacity at Tg and density: paralleling silicate glass chemistry through partial network depolymerization. Structural and spectroscopic analysis, coupled with density-functional theory calculations, confirm that Na(bim) is incorporated homogeneously into the MOF glass framework rather than the pores and reveal the presence of undercoordinated sodium ion environments. Finally, extraction of the modifier by water treatment increases glass porosity, akin to established borosilicate glass processes. This work introduces a transferable approach for tailoring the structure and properties of MOF glasses.

0501セラミックス及び無機化学製品
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