في خطوة قد تجعل صانع زجاج من بلاد ما بين النهرين يومئ برأسه موافقًا (لو كان يعرف ما هو احتجاز الكربون)، استعار العلماء حيلة كيميائية استُخدمت لآلاف السنين على الزجاج العادي وطبقوها على مادة فضائية تسمى زجاج الإطار المعدني العضوي (MOF). تخيل زجاج MOF كطفل حب بين ذرات معدنية وجزيئات عضوية - إسفنجة مسامية عالية التقنية رائعة في حصر الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، وحتى انتزاع الماء من الهواء.

الفريق الدولي، الذي يضم عقولًا من جامعة TU دورتموند وجامعة برمنغهام، نشر نتائجه في Nature Chemistry في 4 مايو. اكتشفوا أنه بإضافة مركبات كيميائية صغيرة تحتوي على الصوديوم أو الليثيوم - على غرار كيفية تعديل الحرفيين القدماء لوصفات الزجاج - يمكنهم خفض درجة الحرارة التي يلين عندها زجاج MOF وجعله يتدفق بسهولة أكبر عند التسخين. هذا يمكن أن يحول كابوس التصنيع إلى حلم يمكن التحكم فيه.

قال الدكتور دومينيك كوبيكي من جامعة برمنغهام بأناقة: "الزجاج جزء من الحضارة البشرية لآلاف السنين. من بلاد ما بين النهرين القديمة إلى كابلات الألياف البصرية الحديثة، كميات صغيرة من المُعدِّلات الكيميائية تجعل معالجة الزجاج أسهل وتغير خصائصه الوظيفية." المشكلة مع زجاج MOF؟ أنها تلين فقط عند درجات حرارة عالية - فوق 300 درجة مئوية - وهو قريب بشكل غير مريح من النقطة التي تبدأ فيها بالتدهور. هذا الاكتشاف الجديد يفتح إمكانيات لمواد عالية الأداء في المستقبل دون انهيار.

أحد نجوم زجاج MOF، ZIF-62، هو أعجوبة مسامية يمكن صهرها وتبريدها إلى زجاج مع الحفاظ على مسامها الداخلية - فكر فيه كجبن سويسري للجزيئات. شرح البروفيسور سيباستيان هينك من جامعة TU دورتموند أن نهجهم مستوحى مباشرة من كيفية تعديل الزجاج السيليكاتي التقليدي: "تعطيل بنية الشبكة لضبط سلوك الانصهار والخصائص الميكانيكية."

لمعرفة كيف قام الصوديوم بعمله، استخدم باحثون في جامعة برمنغهام (بقيادة الدكتور دومينيك كوبيكي والدكتور بنجامين جالانت) دراسات على المستوى الذري ومطيافية الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة عند درجات حرارة عالية في منشأة المملكة المتحدة عالية المجال للرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة. في الوقت نفسه، استخدم فريق آخر من برمنغهام - بقيادة البروفيسور أندرو موريس والدكتور ماريو أونجيكو - نمذجة حاسوبية مدعومة بالذكاء الاصطناعي لفهم بيانات الرنين المغناطيسي النووي المعقدة. أكدت المحاكاة المدعومة بالتعلم الآلي أن الصوديوم لا يتسكع فقط في الفراغات الفارغة للمادة؛ بل يستبدل في الواقع بعض ذرات الزنك، مما يخفف بنية الزجاج ويغير خصائصه.

الآن بعد أن فك العلماء شفرة تعديل هذه المواد، يعترفون بأن هناك حاجة لمزيد من العمل لتحسين الاستقرار والتنبؤ بالسلوك واختبار الأداء في التقنيات الواقعية. لكن في الوقت الحالي، الكأس نصف ممتلئ - بثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والأمل.

شارك في الدراسة باحثون من جامعة TU دورتموند، وجامعة برمنغهام، وجامعة الرور في بوخوم، وجامعة SRM-AP، وجامعة ميونخ التقنية، وجامعة كامبريدج. المواد مقدمة من جامعة برمنغهام. (قد يكون المحتوى قد تم تحريره من حيث الأسلوب والطول، لأن العلم يحتاج أيضًا إلى تهذيب.)