Los científicos de la Universidad de Kyoto están un paso más cerca de diseñar materiales porosos que pueden cambiar y conservar sus formas, una función conocida como efecto de memoria de forma.

Los materiales con memoria de forma tienen aplicaciones en muchos campos. Por ejemplo, podrían implantarse en el cuerpo y luego inducirse a cambiar de forma para una función específica, como servir como andamio para la regeneración del tejido óseo. El efecto de memoria de forma está bien documentado en algunos materiales, incluyendo cerámicas y aleaciones metálicas. Pero es raro y poco conocido en materiales porosos cristalinos.

Ahora, Susumu Kitagawa del Instituto de Ciencias Integradas del Material Celular de la Universidad de Kyoto y sus colegas en Japón, Irlanda y los EE. UU. Han demostrado un efecto de memoria de forma en un material orgánico metálico flexible, solo la segunda observación de este tipo que se haya informado. Describen sus hallazgos en la revista. Avances de la ciencia .

Los cristales se fabricaron disolviendo una mezcla de productos químicos y nitrato de zinc hexahidratado en un disolvente común llamado dimetilformamida a 120 ° C durante 24 horas. Usando una técnica de rayos X llamada difracción de rayos X de monocristal, el equipo estudió la estructura de los cristales. Descubrieron que estaban formados por celosías en forma de rueda de paletas ligeramente distorsionadas, que estaban hechos de iones de zinc centrales unidos a moléculas orgánicas circundantes. Esta 'fase alfa' del cristal tenía una porosidad del 46 por ciento, lo que significa que el 46 por ciento de su volumen estaba disponible para aceptar nuevas moléculas; la propiedad que hace que los materiales porosos sean adecuados para una variedad de aplicaciones.

Cuando el equipo calentó el cristal alfa a 130 ° C en el vacío durante 12 horas, el cristal se hizo más denso, sus celosías se volvieron más distorsionadas, y su porosidad se redujo a solo un 15 por ciento. Llamaron a esta fase del cristal su fase beta.

Luego agregaron dióxido de carbono al cristal a una temperatura de -78 ° C. El dióxido de carbono se adsorbió en los poros del cristal y la forma del cristal cambió a celosías menos distorsionadas que las de la fase beta. El volumen disponible para aceptar moléculas invitadas aumentó al 34 por ciento. Cuando el equipo agregó y eliminó dióxido de carbono del cristal durante diez ciclos consecutivos, encontraron que conservaba su forma. Llamaron a esta fase del cristal su fase gamma de "memoria de forma".

La adición de nitrógeno o monóxido de carbono a diferentes temperaturas también indujo la transformación del cristal de su fase beta a su fase gamma.

El equipo pudo revertir la fase gamma del cristal a su fase beta calentándolo a 130 ° C en vacío durante dos horas. Para volver a la fase alfa, la fase gamma del cristal se empapó en dimetilformamida durante cinco minutos.

Los análisis del cristal por parte del equipo les permitieron comprender mejor cómo cambia su función junto con la estructura. Los investigadores señalan que su trabajo podría proporcionar la base para diseñar más ejemplos de materiales porosos con memoria de forma.