Ошибка при подключении к прослойке убедитесь, что программа запущена и нажмите ок

Обновлено: 21.11.2024

Отдел нанохимии, Институт исследований твердого тела им. Макса Планка, Heisenbergstraße 1, 70569 Штутгарт, Германия

Институт теоретической химии Штутгартского университета, Пфаффенвальдринг 55, 70569 Штутгарт, Германия

Отдел нанохимии, Институт исследований твердого тела им. Макса Планка, Heisenbergstraße 1, 70569 Штутгарт, Германия

История публикаций

Получено 23 июня 2021 г.
Опубликовано в Интернете 8 сентября 2021 г.
Опубликовано в выпуске от 29 сентября 2021 г.

Просмотры статей

Альтметрия

Цитаты

Просмотры статей — это сумма загрузок полных текстов статей с ноября 2008 года (как в формате PDF, так и в формате HTML) в соответствии со СЧЕТЧИКОМ для всех организаций и частных лиц. Эти показатели регулярно обновляются, отражая использование за последние несколько дней.

Цитирование — это количество других статей, цитирующих эту статью, подсчитываемое Crossref и ежедневно обновляемое. Узнайте больше о подсчете цитирований Crossref.

Аннотация

Ковалентные органические каркасы (КОФ) с размером пор более 5 нм по-прежнему редко встречаются в этой новой области. Помимо очевидных осложнений, таких как сложный синтез крупных линкеров с достаточной растворимостью, преобладают более тонкие проблемы, связанные с синтезом COF с большими порами, включая закупорку пор и коллапс. Здесь мы представляем две изоретикулярные серии крупнопористых иминных КОФ с размером пор до 5,8 нм и соотносим межслоевые взаимодействия со структурой и термическим поведением КОФ. Регулируя межслойные взаимодействия посредством включения метоксигрупп, действующих как «якоря», направляющие поры, можно получить доступ к различным режимам укладки, что приводит к модифицированным политипам укладки и, следовательно, к эффективным размерам пор. Была обнаружена сильная корреляция между энергией накопления в направлении высокоупорядоченных, почти затмеваемых структур, более высокой структурной целостностью во время термического напряжения и новым, термически индуцированным фазовым переходом режимов накопления в COF, что проливает свет на жизнеспособные стратегии проектирования для повышения структурного контроля и стабильности. в крупнопористых COF.

Введение

Ковалентные органические каркасы (КОФ) представляют собой высокостабильные, постоянно пористые и кристаллические материалы, собранные из органических строительных блоков для формирования определенных периодических сетей. (1) Благодаря своему структурному и химическому разнообразию COF вызывают большой интерес для различных приложений, таких как катализ, (2–5) разделение и хранение газов, (6–8) сбор воды, (9,10) хранение энергии, (11−13) и химическое зондирование. (14-16) Для разработки и оптимизации COF для приложений нацелены материалы с высокой кристалличностью и доступными площадями поверхности, а также с химической и термической стабильностью. (17) В частности, четко определенные структуры с доступными местами стыковки и большими размерами пор становятся все более важными для адаптации коэффициентов трения для различных приложений. В то время как микро- и мелкие мезопористые COF широко распространены в настоящее время, крупнопористые COF с диаметром пор более 5 нм все еще встречаются редко. (18–23) Обладая большой структурой с открытыми порами, такие COF могут вмещать объемные гостевые молекулы, такие как биомолекулы (24–26), или обеспечивать достаточную диффузию субстратов и продуктов в гетерогенном катализе, что делает их идеальными кандидатами для дальнейшего расширения области применения. для COF.

В 2014 году Fang et al. (20) разработали первый COF на основе полиимида с размером пор более 5,0 нм, который мог поглощать в своих каналах крупную молекулу красителя родамина B. Недавно Чжао и соавт. (23) синтезировали COF со сложноэфирной связью, охватывающий 10 фениленовых звеньев на одном краю. В то время как полиимидный COF кристаллизуется, как и все другие примеры, известные на сегодняшний день, в скользящей конфигурации, немного уменьшая кажущийся размер пор, COF, связанный эфиром, показал значительно меньший размер пор в сухих условиях, чем ожидалось. Однако низкая кристалличность из-за высокой гибкости структуры не позволила провести определенный структурный анализ. Управление синтезом и структурой COF с большими порами для максимизации размера их пор, по-видимому, создает уникальные проблемы по сравнению с COF с меньшими порами. Помимо синтетических проблем, таких как снижение растворимости линкера с увеличением длины, необходимо учитывать наблюдаемый эффект проскальзывания слоя и потенциальное схлопывание пор при удалении гостей.(27) Для мезопористых систем, таких как COF, ожидается большая межфазная энергия из-за их большой площади поверхности, что приводит к естественной тенденции минимизировать их свободную энергию за счет закрытия энергетически невыгодных пор. (28,29) Для COF эта тенденция может быть латеральным смещением слоев, чтобы уменьшить размер пор и площадь поверхности или, в конечном итоге, схлопывание пор, в то время как оба уравновешиваются сильными взаимодействиями между слоями и жесткими связями, сохраняя пористую структуру неповрежденной. До сих пор обычно наблюдаемое проскальзывание слоев внутри крупнопористых COF может быть результатом дисбаланса между увеличением апертуры пор и относительно большим свободным объемом при сохранении той же «толщины стенки» и, следовательно, аналогичных межслоевых взаимодействий. В этом случае общая свободная энергия системы может стать неблагоприятной, и система будет вынуждена минимизировать свою свободную энергию за счет коллапса пор или проскальзывания слоев вместо того, чтобы поддерживать почти затмеваемые структуры. Таким образом, мы предполагаем, что увеличение межслойных взаимодействий может помочь закрепить слои в почти затмеваемых режимах укладки и предотвратить проскальзывание или даже коллапс пор. Принимая во внимание эти наблюдения, необходимо глубокое понимание факторов, влияющих на структуру пор и структурную стабильность, для успешного получения коэффициентов трения с большими порами без ущерба для кристалличности и пористости.

В последние годы большое внимание уделялось задаче увеличения кристалличности и площади поверхности COF, например, путем модуляции обратимости в процессе формирования или облегчения полезных взаимодействий при стэкинге, оба из которых могут сыграть важную роль в дизайне. крупнопористых COF. (30-32) Кроме того, был разработан растущий репертуар новых связей или постмодификаций связей, чтобы расширить портфель синтетических инструментов для создания химически стабильных сетей, которые выдерживают жесткие химические условия. (23,33−36) Однако с точки зрения термической стабильности Evans et al. (37,38) недавно показали, что анализ ТГА недостаточен для оценки термической стабильности каркасов. Они обнаружили, что структурная целостность и кристалличность сетей могут быть нарушены из-за коробления слоев под действием термического напряжения при значительно более низких температурах, чем предполагают измерения ТГА. Учитывая высокую гибкость больших структур COF, (23) тепловое напряжение может иметь еще большее влияние на их структурную целостность.

Здесь мы раскрываем определяющее структуру влияние межслойных взаимодействий в двух изоретикулярных сериях двумерных крупнопористых COF. Мы уделяем особое внимание влиянию межслойных взаимодействий на структуру и размер пор и исследуем структурную целостность крупнопористых COF при термическом напряжении. Метоксигруппы вводятся в структуры COF в мета-положении по отношению к иминной связи для изменения и модуляции межслоевых взаимодействий за счет уменьшения собственного дипольного момента иминной связи (39) и добавления благоприятной межслоевой водородной связи. (40) Варьируя степень метоксифункционализации и размер пор, получают серию из шести изоретикулярных гексагональных COF с максимальным размером пор 5,8 нм. Моделирование и уточнение методом рекурсивной порошковой дифракции рентгеновских лучей (XRPD), сорбционный анализ и расчеты теории функционала плотности (DFT) показывают, что увеличение размера пор приводит к тенденции к расположению слоев в шахматном порядке, которое может быть обращено в затененное расположение путем увеличения степени укладки. взаимодействие и закрепление слоев в почти затмеваемой стопке. In situ XRPD и коррелирующий ex situ сорбционный анализ устанавливают тесную связь между межслойными взаимодействиями и термической стабильностью и выявляют новый термически индуцированный фазовый переход из затемненной в шахматную конформацию при низких температурах. как 120°С. Наши наблюдения показывают, что модулирование межслойных взаимодействий является жизнеспособным инструментом, позволяющим влиять на укладку COF и максимизировать термическую стабильность и размеры пор в системах COF с большими порами.

Вопрос относительно ламинированных и закаленных окон:

Дорогой стеклянный детектив:

Я не знаю, какое стекло использовать для замены разбитого стекла в окне входной двери. Мне сказали, что это должно быть безопасное стекло и что есть два основных вида. Можете ли вы сказать мне разницу между многослойным стеклом и закаленным стеклом? Безопасны ли они оба?

Ответ на вопрос о ламинированном и закаленном стекле:

При выборе безопасного стекла для декоративного или функционального применения часто возникают два варианта: закаленное или многослойное стекло.Оба квалифицируются как типы «материалов для безопасного остекления», что означает, что они соответствуют действующим нормам безопасного остекления, поэтому их можно использовать внутри помещений, в боковых стенах, перилах и других местах, которые могут считаться опасными. Но у закаленного и многослойного стекла есть свои преимущества.

Плюсы и минусы закаленного (упрочненного) безопасного стекла

Закаленное стекло получают путем нагревания и охлаждения куска стандартного стекла в закалочной печи. Стекло, которое перед помещением в закалочную печь необходимо предварительно обрезать и обрезать, нагревают примерно до 1200 °F, а затем быстро охлаждают.

Этот процесс также известен как закалка. В процессе закалки стекло остается закаленным, так что теперь оно примерно в 4-5 раз прочнее и, следовательно, более устойчиво к разрушению, чем до процесса закалки. Если оно разобьется, закаленное стекло разлетится на мелкие осколки, которые с меньшей вероятностью могут причинить травму или повреждение, чем незакаленное стекло.

Плюсы и минусы многослойного безопасного стекла

Многослойное стекло представляет собой стеклянный сэндвич. Он сделан из двух или более слоев стекла с виниловым промежуточным слоем между ними (сложенными, если хотите, как лобовое стекло автомобиля). Стекло, как правило, остается вместе, а одно из них разбивается, что соответствует требованиям к безопасному материалу для остекления.

Другое ключевое преимущество многослойного стекла заключается в том, что оно блокирует 99 % пропускания УФ-излучения, обладает шумоизоляционными свойствами, его можно резать, а его края можно полировать после ламинирования. магазины сток ламинированное стекло. Некоторые более толстые многослойные формы многослойного безопасного стекла могут даже считаться взломостойкими и пуленепробиваемыми.

Поскольку многослойное стекло выдерживает удары лучше, чем другие виды стекла, именно оно используется в современных ветровых стеклах. Сэндвич-прослойка придает стеклу структурную целостность и не дает ему расколоться, как это может сделать закаленное стекло. Это ключ к эффективному срабатыванию подушек безопасности и удержанию пассажиров внутри автомобиля в случае аварии.

Этот неповрежденный фрагмент иллюстрирует, как из закаленного стекла образуются бесчисленные крошечные осколки. Однако большинство закаленных стекол разлетаются на землю при ударе.

Обратите внимание, что несмотря на сильный удар, это закаленное стекло осталось структурно неповрежденным.

Закаленное и ламинированное: как выбрать подходящий для вашей работы

Таким образом, для прочности и устойчивости к поломке закаленное стекло часто является первоочередным фактором. Благодаря гибкости, устойчивости к ультрафиолетовому излучению, безопасности и звукоизоляции предпочтение отдается ламинированному стеклу. Оба считаются безопасными материалами для остекления и могут быть различной толщины, цвета или оттенка. И то, и другое легко чистить и обслуживать при правильной установке.

Имейте в виду, что закаленное стекло нельзя разрезать. После того, как стекло подверглось процессу закалки, прокалывание поверхности приведет к взрыву стекла. Если для проекта используется закаленное стекло, убедитесь, что все размеры выполнены до закалки стекла. Напротив, ламинированное стекло обычно можно без проблем разрезать и подогнать по размеру в любое время, что может быть преимуществом для некоторых проектов.

Как правило, изделия из многослойного стекла имеют несколько более высокую цену, чем изделия из закаленного стекла того же типа и толщины. Оптическая прозрачность как для ламинированного, так и для закаленного стекла превосходна в любом продукте, который обеспечит долгие годы удовлетворительной службы вашей двери или окна.

Расшифровка видео с разбитием закаленного стекла

Дэниел: Итак, мы здесь, чтобы разбить еще немного стекла! Что у нас сегодня?

Дастин: Итак, это изолированный блок. По сути, это то, из чего состоит большинство окон. Это два куска стекла с прокладкой между ними, которая создает мертвое воздушное пространство и изолирует его.

Дэниел: То есть это в основном то, что вы найдете в жилых домах вместо окон людей?

Дастин: Абсолютно. Также в коммерческих условиях; очень похожий процесс. Так что эти кусочки стекла на самом деле являются защитным стеклом. Он закаленный. Обе стороны фактически закалены. Так что нужен действительно хороший кадр. Это жестко. Но он точечный, поэтому мы дали вам этот забавный инструмент, чтобы разбить его.
Поэтому, когда он разбивается, а не разбивается на большие куски, как обычный лист листового стекла, он разбивается на мелкие кусочки. маленькие кусочки, так что если он упадет на вас, очевидно, это не так сильно повредит вам. Так почему бы вам не показать нам, что происходит, когда вы разбиваете закаленное стекло?

Что действительно здорово в закалке, так это то, что вы обычно можете сказать, где она ломается. Так что это на самом деле паутина с места. Теперь это будет продолжать трещать. Он будет продолжать ломаться.

Дэниел: Да, мы действительно слышим это прямо сейчас.

Дастин: Ты же слышишь. И тогда, в конце концов, он выпадет. Так закаленное стекло разбивается на эти маленькие осколки. Эти тебя порежут? Для уверенности. Это определенно может порезать вас. Это все-таки стекло. Но на самом деле это не так сильно порежет вас или может порезать так сильно, как то, что делают большие куски.

Поэтому, когда закаленное стекло разбивается, оно распадается на мелкие осколки. Мы заметили ранее, когда вы ударили по ней, что вы как бы отскакивали раз или два, верно? Вы не обязательно вкладывали в это много размаха. Что ж, закаленный материал чувствителен к точке, потому что внутри заключена энергия, но он также чувствителен к краям. Так что я хочу, чтобы вы сделали, я хочу, чтобы вы достигли предела этого. Но вместо того, чтобы использовать точку, я позволю вам покрутить ее и посмотреть, что вы можете сделать.

Дэниел: Хорошо, посмотрим, что получится.

Дастин: Дай ей шанс!

Дэниел: Итак, вы видите, что это что-то вроде маленького чипа.

Дастин: Конечно. А вот интересный момент — вы много раз слышали о самопроизвольном разбивании стекла, верно? Самопроизвольное разбитие стекла. Что-то подобное может привести к тому, что этот кусок стекла разобьется через шесть месяцев или через год. И если он сломался в какой-то момент в процессе его изготовления, но все же был установлен, это может объяснить какой-то сумасшедший день, когда этот кусок стекла взорвался.

Дэниел: И это на самом деле очень распространено в автомобильном мире, особенно с люками на крыше. Те много раз сделаны из закаленного стекла. Люди говорят, что они просто едут по дороге, и вдруг люк в крыше взрывается.

Дастин: Да, это просто одна из тех вещей, которые очень трудно объяснить, и если вы попытаетесь придумать за этим историю, то ничего толком не скажешь. Но это может вызвать проблемы в будущем.

Дэниел: Хорошо, давайте попробуем еще раз… Это сложнее, чем кажется!

Дастин: Ну вот. Таким образом, при правильном количестве силы и ударе по нему под правильным углом определенно возникает проблема его разрушения. Другая прелесть этого в том, что у нас не было задней стороны, чтобы держать его, так что вы видели, что он действительно развалился. Та же история с лопнувшим люком. Итак, вот как работает весь процесс закалки.

Расшифровка видео с разбитием ламинированного стекла

Дэниел: Это ламинированное стекло.

Дастин: Это заламинировано. Итак, многослойное стекло является разновидностью безопасного стекла. По сути, это три защитных очка. Закаленное, ламинированное, а затем акриловое или оргстекло, которое является своего рода пластиковой основой. По сути, это отожженное листовое стекло с обеих сторон.

Дэниел: И где же ты это найдешь?

Дастин: Интересный факт: почти каждый просматривает это почти каждый день, потому что это то, из чего сделано ваше лобовое стекло. Но также мы используем это во многих областях для витрины. Если вы видите взломанную заправочную станцию, иногда это то, что мы используем, чтобы удержать воров от проникновения внутрь. В нее намного сложнее проникнуть.
Мы также используем это в пуленепробиваемом стекле. Они ламинируют несколько частей вместе. Иногда вы найдете его в жилых помещениях. И в этих случаях, как правило, это район, подверженный ураганам (подверженный ураганам), где вам необходимо использовать взрывобезопасное стекло.

Дэниел: Хорошо, давайте попробуем сломать это и продемонстрируем, что делает этот ламинированный промежуточный слой со стеклом, чтобы держать его вместе.

Дастин: Конечно!

Дастин: Отличный первый кадр. Вы можете видеть, где он сломался. Как и в большинстве стекол, вы всегда можете увидеть, откуда и куда уходит паутина. На самом деле это очень похоже на то, как выглядит ваше лобовое стекло, когда в него попадает большой камень, верно? Может быть, не так уж и экстремально. Но вы также можете сказать, что он все еще не поврежден. Целостность этого куска стекла здесь.

Дэниел: Это солидно.

Дастин: Верно. Я имею в виду, что это никуда не денется. Это также действительно вряд ли порежет вас. Все эти пробеги, которые вы видите…

Дэниел: Все почти гладко.

Дастин: Все гладко! Его скрепляет промежуточный слой. Так почему бы вам не сделать еще пару ударов в том же месте, чтобы мы могли показать, что нужно, чтобы буквально пройти через это.

Итак, вы видите промежуточный слой. Вы можете увидеть пластиковую внутреннюю часть ламината. На самом деле очень хорошо держится. Итак, вы разбили стекло, но промежуточный слой остался.

Дэниел: Да, это предотвратит кражу, как вы сказали, в магазине. Если вы находитесь в автомобиле и это ваше ветровое стекло, то оно будет держать его вместе, пока вы едете по дороге, или, не дай Бог, если вы ударитесь о ветровое стекло.

Дастин: Самое интересное в том, что весь этот ущерб, который вы нанесли, все еще вместе. Он не разошелся. Это не повредит вам в принципе. Это могло бы. Но по большей части именно это делает это стекло безопасным.

Дэниел: Да, и это очень важно для жителей Флориды, где часто бывают ураганы. много повреждений от ветра; штормовое повреждение. Так что, если бы это было окно вашего дома, я думаю, вы были бы в безопасности во время урагана.

Дастин: Конечно. Вы слышите о окнах, вылетающих все время. Это одно из тех окон, которые этого не делают.

Читайте также: