Un gruppo di ricercatori guidati da scienziati del RIKEN Center for Emergent Matter Science e dell'Università di Tokyo ha creato un materiale insolito, un cristallo morbido fatto di molecole note come catenani, che si comporta in un modo nuovo che potrebbe essere utilizzato in applicazioni come come pellicole che catturano molecole di anidride carbonica. La ricerca è stata pubblicata su Natura .

Un catenano è un tipo di molecola in cui due o più anelli si intrecciano, come gli anelli che i maghi usano nei loro trucchi, e possono scivolare l'uno sull'altro, creando cambiamenti conformazionali che possono conferire ai materiali proprietà interessanti. Questi tipi di molecole si trovano in natura, dove spesso agiscono come macchine molecolari. Fino ad ora, sono state create catene di catenani, note come policatenani, ma gli scienziati non hanno mai esplorato i cristalli tridimensionali costituiti da queste molecole.

Il gruppo ha deciso di esplorare questo, e ha creato un nuovo materiale facendo crescere cristalli di catenani e ioni di cobalto in un solvente. Controllando attentamente le disposizioni delle molecole di catenane attraverso la formazione di legami di coordinazione con gli ioni cobalto, pensavano di poter creare una rete tridimensionale costituita quasi esclusivamente da catenani, che lavorano insieme per creare nuove funzioni.

I ricercatori hanno quindi utilizzato la diffrazione dei raggi X a cristallo singolo per esaminare la struttura del cristallo molle.

Mentre i ricercatori stavano essenzialmente esplorando quali tipi di proprietà potrebbero avere tali materiali, sono rimasti sorpresi dai risultati dell'analisi. Primo, in accordo con le loro aspettative, hanno scoperto che in base al peso, i catenani costituivano più del 90% del cristallo. interessante, hanno scoperto che era poroso, con fori che potrebbero assorbire solvente, o molecole gassose, e che la forma dei pori cambiava quando le molecole ospiti entravano o uscivano dalla struttura.

Inoltre, utilizzando una tecnica di nano-indentazione per studiare le proprietà meccaniche, hanno scoperto che il materiale si deformava facilmente se pressato meccanicamente e che il suo modulo di Young, indice della facilità con cui si deforma, è paragonabile a quella del polipropilene, una plastica utilizzata nei materiali di imballaggio e in altri usi, e che, sorprendentemente, è tornato alla sua forma originale, senza danni, alla rimozione della forza. Per di più, quando hanno provato a comprimerlo, hanno scoperto che si comprimeva maggiormente in una direzione specifica, e sono stati in grado di spiegare la sua natura deformabile mostrando che in realtà, gli anelli delle molecole di catenane stavano scivolando, permettendo al materiale di comprimersi.

Hiroshi Sato, che ha condotto la ricerca, dice, "Riteniamo che questi risultati potrebbero portare alla creazione di materiali porosi innovativi in ​​grado di assorbire e desorbire molecole di gas come l'anidride carbonica semplicemente pizzicandole e rilasciandole con le dita".