通過實驗和計算確認(rèn)，電子化合物玻璃與以往玻璃具有大不相同的獨特物理性能。在探討12CaO·7Al2O3（鈣鋁石）電子化合物（C12A7：e-）玻璃的物理性能和結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，化學(xué)組成不變，但只需要將3％的氧離子置換為電子，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）就會降低100度以上。
電子表現(xiàn)為陰離子的化合物群統(tǒng)稱為電子化合物。人們雖對電子化合物作為新概念物質(zhì)有興趣，但因為沒有在室溫、空氣中性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，所以物理性能的研究幾乎無法取得進(jìn)展。東工大于2004年成功合成了以電子置換12CaO·7Al2O3（C12A7）的氧離子的電子化合物C12A7：e-，這是第一種在空氣中加熱到高溫也能保持穩(wěn)定的電子化合物。
在不含氧的環(huán)境下將C12A7：e-加熱熔化，并快速冷卻，便可以得到電子化合物玻璃。這種C12A7：e-玻璃含有與C12A7：e-晶體幾乎相同的電子陰離子，因此與晶體一樣呈黑色，但在室溫左右?guī)缀醪粚?dǎo)電。本次研究調(diào)查了C12A7：e-玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與電子陰離子濃度的關(guān)系。
研究組使之與空氣中的氧氣反應(yīng)，在確保電子不消失的情況下，進(jìn)行差熱分析，確定了Tg的結(jié)果：當(dāng)電子濃度較低，在1020cm-3以下時，Tg約為830度；當(dāng)為0.2×1021cm-3時為770度；提高到1021cm-3時為725度，Tg明顯降低。1021cm-3的電子濃度相當(dāng)于構(gòu)成玻璃的氧離子（O2-）的3％置換成了電子。而不含電子的普通玻璃xCaO·(1-x)Al2O3（氧化鈣與氧化鋁雙組分），x即使從0.55變到0.75，Tg的變化幅度也僅為65度。
以第一性原理分子動力學(xué)進(jìn)行的仿真顯示，在2000K左右（1727℃）的溫度下使晶體熔化，然后快速冷卻至100K（-173℃）時，檢測樣本的比熱達(dá)到峰值的玻璃化溫度，電子化合物玻璃約為1150K（877度），不含電子陰離子的玻璃約為1250K（977度），含有電子陰離子的溫度大約低了100度。這與在實驗中觀察到的Tg差一致。另外，觀察組分原子的平均原子速度的溫度變化發(fā)現(xiàn)，氧和鈣在1300～1100K下速度開始驟降。這個溫度相當(dāng)于Tg，電子化合物玻璃的溫度相對較低。
液體結(jié)構(gòu)凍結(jié)的溫度（轉(zhuǎn)移溫度）等玻璃的物理性能，取決于玻璃網(wǎng)眼的組成成分（NWF）與截斷成分（NWM）之比，也就是化學(xué)組分。通常的NWM是通過形成離子結(jié)合截斷網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)來降低Tg。而電子化合物玻璃中的電子陰離子因遠(yuǎn)比離子更容易運動，會出現(xiàn)局部高溫的狀態(tài)，因此可以理解如果不降低溫度，有可能不會產(chǎn)生整體結(jié)構(gòu)被凍結(jié)的玻璃化轉(zhuǎn)變。
C12A7：e-可以使用通常的濺射法，在室溫下制作出大面積的透明薄膜。這種薄膜的功函數(shù)像金屬鋰一樣小，具有在空氣中性質(zhì)穩(wěn)定的獨特特點。利用這一性質(zhì)，可探討將其應(yīng)用于有機EL用電子注入材料等用途。另外，除了此次發(fā)現(xiàn)的物理性能外，設(shè)想電子化合物玻璃可能還具大異原有常識的其他物理性能，今后在學(xué)術(shù)和應(yīng)用兩個方面的進(jìn)展都將備受期待。
本次研究是日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)（JST）戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)的一環(huán)。研究成果已于2016年8月24日（美國東部時間）在美國科學(xué)雜志《ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica》的網(wǎng)絡(luò)速報版公開。
