I ricercatori dell'Università di Gand hanno studiato come respirano le cosiddette strutture metallo-organiche quando diventa più caldo o più freddo. Utilizzando simulazioni al computer avanzate, hanno scoperto che la temperatura alla quale questi materiali si espandono o si restringono improvvisamente è regolabile. I loro risultati consentono la progettazione di termostati che funzionano a livello molecolare.

La ricerca è stata condotta presso il Center for Molecular Modeling dell'Università di Gent sotto la supervisione del Prof. V. Van Speybroeck e in collaborazione con l'Università di Vienna. Appare in Comunicazioni sulla natura questa settimana.

Pori ingegnosi

Le strutture metallo-organiche sono piene di minuscoli pori, non più di un miliardesimo di metro di diametro. Nonostante queste dimensioni limitate, i pori offrono opportunità per un'ampia gamma di applicazioni all'avanguardia. Le strutture metallo-organiche finora hanno attirato l'attenzione per il rilevamento di armi chimiche, il trasporto di farmaci nel sangue o la cattura di gas serra.

Progettazione dei materiali attraverso simulazioni al computer

I ricercatori del Center for Molecular Modeling si sono concentrati sulle versioni respiratorie delle strutture metallo-organiche. I pori di questi materiali si aprono o si chiudono mentre si riscaldano o si raffreddano. Questo comportamento respiratorio dà luogo ad un improvviso aumento o diminuzione del volume. Gli scienziati di UGent hanno ora dimostrato che la temperatura alla quale si verifica questo fenomeno dipende dalla composizione delle strutture metallo-organiche. I loro mattoni molecolari possono quindi essere selezionati in funzione della temperatura alla quale è richiesta una reazione. In particolare, la temperatura di commutazione risulta da un sottile equilibrio tra l'attrazione tra le pareti dei pori e la mobilità degli atomi.

Termostato molecolare

I risultati dello studio aprono nuove prospettive per la progettazione di termostati limitati a una manciata di atomi. Tali materiali sono necessari per poter far fronte alla progressiva miniaturizzazione di varie applicazioni, dall'elettronica alla biologia. La conversione del calore in variazione di volume offre inoltre possibilità di sfruttamento dell'energia alle più piccole scale di lunghezza.