Investigadores de la Universidad de Ghent investigaron cómo respiran los llamados marcos metalorgánicos a medida que hace más calor o más frío. Usando simulaciones por computadora avanzadas, encontraron que la temperatura a la que estos materiales se expanden o encogen repentinamente es ajustable. Sus resultados permiten el diseño de termostatos que funcionan a nivel molecular.

La investigación se llevó a cabo en el Centro de Modelado Molecular de la Universidad de Gante bajo la supervisión del Prof. V. Van Speybroeck y en colaboración con la Universidad de Viena. Aparece en Comunicaciones de la naturaleza esta semana.

Poros ingeniosos

Las estructuras metalorgánicas están plagadas de poros minúsculos, no más de una milmillonésima parte de un metro de diámetro. A pesar de este tamaño limitado, los poros ofrecen oportunidades para una amplia gama de aplicaciones de vanguardia. Hasta ahora, los marcos metalorgánicos atrajeron la atención para la detección de armas químicas, el transporte de drogas en sangre o la captura de gases de efecto invernadero.

Diseño de materiales mediante simulaciones por ordenador

Los investigadores del Centro de Modelado Molecular se centraron en las versiones respiratorias de los marcos organometálicos. Los poros de estos materiales se abren o cierran a medida que se calientan o enfrían. Este comportamiento respiratorio da lugar a un aumento o disminución repentina del volumen. Los científicos de UGent demostraron ahora que la temperatura a la que se produce este fenómeno depende de la composición de las estructuras organometálicas. Por lo tanto, sus componentes moleculares pueden seleccionarse en función de la temperatura a la que se requiere una reacción. En particular, el cambio de temperatura resulta de un sutil equilibrio entre la atracción entre las paredes de los poros y la movilidad de los átomos.

Termostato molecular

Los hallazgos del estudio abren nuevas perspectivas para el diseño de termostatos limitados a un puñado de átomos. Dichos materiales son necesarios para poder hacer frente a la miniaturización progresiva de diversas aplicaciones, desde la electrónica hasta la biología. La conversión de calor en cambio de volumen ofrece además posibilidades para la explotación de energía en las escalas de longitud más pequeñas.