Gli scienziati dell'Università di Kyoto sono un passo avanti verso la progettazione di materiali porosi che possono cambiare e mantenere le loro forme, una funzione nota come effetto a memoria di forma.

I materiali a memoria di forma hanno applicazioni in molti campi. Per esempio, potrebbero essere impiantati nel corpo e quindi indotti a cambiare forma per una funzione specifica, come servire da impalcatura per la rigenerazione del tessuto osseo. L'effetto a memoria di forma è ben documentato in alcuni materiali, comprese ceramiche e leghe metalliche. Ma è raro e poco compreso nei materiali porosi cristallini.

Ora, Susumu Kitagawa dell'Istituto per le scienze integrate dei materiali cellulari dell'Università di Kyoto e colleghi in Giappone, L'Irlanda e gli Stati Uniti hanno dimostrato un effetto a memoria di forma in un materiale metallico organico flessibile, solo la seconda osservazione di questo tipo mai riportata. Descrivono le loro scoperte nella rivista Progressi scientifici .

I cristalli sono stati realizzati sciogliendo una miscela di sostanze chimiche e nitrato di zinco esaidrato in un comune solvente chiamato dimetilformammide a 120°C per 24 ore. Utilizzando una tecnica a raggi X chiamata diffrazione di raggi X a cristallo singolo, il team ha studiato la struttura dei cristalli. Hanno scoperto che erano formati da reticoli a forma di ruota a pale leggermente distorti, che erano fatti di ioni di zinco centrali legati alle molecole organiche circostanti. Questa "fase alfa" del cristallo aveva il 46 percento di porosità, il che significa che il 46 percento del suo volume era disponibile per accettare nuove molecole; la proprietà che rende i materiali porosi adatti a una varietà di applicazioni.

Quando il team ha riscaldato il cristallo alfa a 130°C nel vuoto per 12 ore, il cristallo si fece più denso, i suoi reticoli divennero più distorti, e la sua porosità è stata ridotta solo al 15%. Hanno chiamato questa fase del cristallo la sua fase beta.

Hanno poi aggiunto anidride carbonica al cristallo ad una temperatura di -78°C. L'anidride carbonica è stata assorbita nei pori del cristallo e la forma del cristallo è cambiata in reticoli meno distorti rispetto a quelli nella fase beta. Il volume disponibile per accettare le molecole ospiti è aumentato al 34%. Quando il team ha aggiunto e rimosso l'anidride carbonica dal cristallo in dieci cicli consecutivi, hanno scoperto che ha mantenuto la sua forma. Hanno chiamato questa fase del cristallo la sua fase gamma a "memoria di forma".

L'aggiunta di azoto o monossido di carbonio a temperature variabili ha anche indotto la trasformazione del cristallo dalla sua fase beta alla sua fase gamma.

Il team è stato in grado di riportare la fase gamma del cristallo alla sua fase beta riscaldandolo a 130 ° C nel vuoto per due ore. Per tornare alla fase alfa, la fase gamma del cristallo è stata immersa in dimetilformammide per cinque minuti.

Le analisi del cristallo da parte del team hanno permesso loro di comprendere meglio come la sua funzione cambia insieme alla struttura. I ricercatori notano che il loro lavoro potrebbe fornire la base per la progettazione di più esempi di materiali porosi a memoria di forma.