Los científicos de la Universidad de Nagoya han desarrollado una nueva forma de hacer materiales que respondan a los estímulos de una manera predecible. Usaron este método para diseñar un nuevo material, una mezcla de nanopartículas de carbono y yodo, que conduce la electricidad y emite luz blanca cuando se expone a la electricidad. El nuevo enfoque del equipo podría ayudar a generar una gama de materiales fiables que respondan a los estímulos, que se puede utilizar en dispositivos de memoria, músculos artificiales y sistemas de administración de fármacos, entre otras aplicaciones.

Nagoya, Japón:los materiales sensibles a los estímulos alteran sus propias propiedades en respuesta a estímulos externos, como la fotoirradiación, calor, presión y electricidad. Esta función se puede controlar para una amplia gama de usos, como en discos ópticos, memorias y pantallas de computadora, así como músculos artificiales y sistemas de administración de fármacos.

Los investigadores han estado trabajando para desarrollar nuevos materiales que respondan a los estímulos de una manera predecible. Sin embargo, Ha sido extremadamente difícil diseñar y controlar las complejas disposiciones moleculares de los materiales.

Ahora, Un método simple y confiable para sintetizar materiales sensibles a estímulos ha sido desarrollado por un equipo liderado por el Proyecto de Nanocarbono Molecular Itami JST-ERATO de la Universidad de Nagoya y el Instituto de Bio-Moléculas Transformativas (ITbM). Los resultados de este estudio se publicaron recientemente en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .

El método del "huésped poroso sensible" toma una molécula con un marco poroso y le une una molécula "huésped" que probablemente reaccionará a los estímulos externos. En este caso, el equipo descubrió que [10] cicloparafenileno ([10] CPP), una molécula de hidrocarburo compuesta por 10 anillos de benceno paraconectados, hizo un anfitrión ideal cuando se combina con yodo (I). El yodo se sitúa dentro de los anillos de carbono porosos, y reaccionó a la estimulación eléctrica. No solo conducía electricidad, también emitió una luz blanca, lo cual es inusual. Típicamente, se requieren muchos otros componentes para obtener el color blanco. Esto muestra el potencial del nuevo material, [10] CPP-I, para sistemas de iluminación de próxima generación.

"Se espera que este enfoque de 'huésped poroso receptivo' sea aplicable a diferentes estímulos, como la fotoirradiación, aplicación de calor y cambio de pH, y abrir el camino para diseñar una estrategia genérica para el desarrollo de materiales sensibles a los estímulos de una manera controlable y predecible, "dijo el Dr. Hirotoshi Sakamoto, líder de grupo del proyecto JST-ERATO.

Sintetizar el material es sorprendentemente simple:los investigadores mezclaron nanoritos de carbono (CPP) y yodo juntos, y déjelo secar. La cristalografía de rayos X confirmó que las moléculas de yodo se alinean dentro del núcleo hueco de los nanorings alineados.

El equipo probó varias variaciones de la mezcla, cambiar el número de nanorings de carbono, y descubrió que 10 anillos conducían al movimiento más dinámico del átomo de yodo y la respuesta más sensible a los cambios ambientales externos.

Cuando se aplicó una corriente continua a [10] CPP-I, la resistividad global de la muestra se volvió aproximadamente 380 veces menor, indicando que conducía electricidad en lugar de resistir la transmisión eléctrica. La resistividad aparente en mezclas con 9 o 12 nanorings no disminuyó tanto. Estos resultados muestran que el tamaño de los poros en el conjunto de nanorretado controla la respuesta a la estimulación eléctrica.

"Una de las partes más difíciles de esta investigación fue investigar cómo la conductividad eléctrica de [10] CPP-I se activa por estímulos eléctricos, "dijo el Dr. Noriaki Ozaki, investigador postdoctoral del proyecto JST-ERATO. "Aunque solo nos llevó unos tres meses sintetizar la molécula y descubrir sus propiedades de respuesta a los estímulos eléctricos, tardó un año más en descubrir el origen de sus propiedades ".

El equipo finalmente descubrió cómo la conductividad eléctrica de [10] CPP-I se activa por estímulos eléctricos, utilizando espectroscopia de borde cercano de absorción de rayos X (XANES), Espectroscopía Raman, y espectroscopia de fluorescencia. Estos análisis mostraron que los átomos de yodo en los nanorings de carbono forman cadenas de poliyoduro extendidas cuando son estimulados por electricidad. que le dio conductividad eléctrica al material.

Los investigadores también descubrieron que los estímulos eléctricos pueden cambiar el color de la fotoluminiscencia de [10] CPP-I de un color azul verdoso a un color blanco. Luminiscencia blanca significa que el espectro de fluorescencia de [10] CPP-I cubre todo el rango de luz visible. El ensanchamiento espectral se atribuye a la distribución irregular de las estructuras electrónicas de los CPP, que es causado por la formación de cadenas de poliyoduro. La luminiscencia blanca de [10] CPP-I es un raro ejemplo de material de iluminación blanca de un solo ensamblaje molecular; La emisión de luz blanca generalmente se logra mezclando varios componentes de diferentes colores.

"Estábamos realmente emocionados de desarrollar este método simple pero poderoso para lograr la síntesis de materiales de respuesta a estímulos externos, "dijo el profesor Kenichiro Itami, director del proyecto JST-ERATO y director del centro de ITbM.