Os cientistas da Universidade de Kyoto estão um passo mais perto de projetar materiais porosos que podem mudar e reter suas formas - uma função conhecida como efeito de memória de forma.

Os materiais com memória de forma têm aplicações em muitos campos. Por exemplo, eles poderiam ser implantados no corpo e, em seguida, induzidos a mudar de forma para uma função específica, como servir de suporte para a regeneração do tecido ósseo. O efeito de memória de forma é bem documentado em alguns materiais, incluindo cerâmicas e ligas metálicas. Mas é raro e mal compreendido em materiais porosos cristalinos.

Agora, Susumu Kitagawa, do Instituto de Ciências Integradas de Material Celular da Universidade de Kyoto, e colegas no Japão, A Irlanda e os EUA demonstraram um efeito de memória de forma em um material orgânico de metal flexível - apenas a segunda observação desse tipo já relatada. Eles descrevem suas descobertas no jornal Avanços da Ciência .

Os cristais foram feitos dissolvendo uma mistura de produtos químicos e hexa-hidrato de nitrato de zinco em um solvente comum chamado dimetilformamida a 120 ° C por 24 horas. Usando uma técnica de raios-X chamada difração de raios-X de cristal único, a equipe estudou a estrutura dos cristais. Eles descobriram que eram formados por treliças em forma de roda de pás ligeiramente distorcidas, que eram feitos de íons de zinco centrais ligados a moléculas orgânicas circundantes. Esta 'fase alfa' do cristal tinha 46 por cento de porosidade, o que significa que 46 por cento de seu volume estava disponível para aceitar novas moléculas; a propriedade que torna os materiais porosos adequados para uma variedade de aplicações.

Quando a equipe aqueceu o cristal alfa a 130 ° C no vácuo por 12 horas, o cristal ficou mais denso, suas redes tornaram-se mais distorcidas, e sua porosidade foi reduzida para apenas 15 por cento. Eles chamaram essa fase do cristal de fase beta.

Eles então adicionaram dióxido de carbono ao cristal a uma temperatura de -78 ° C. O dióxido de carbono foi adsorvido nos poros do cristal e a forma do cristal mudou para redes menos distorcidas do que na fase beta. O volume disponível para aceitar moléculas hóspedes aumentou para 34%. Quando a equipe adicionou e removeu o dióxido de carbono do cristal ao longo de dez ciclos consecutivos, eles descobriram que ele manteve sua forma. Eles chamaram essa fase do cristal de fase gama de 'memória de forma'.

A adição de nitrogênio ou monóxido de carbono em temperaturas variáveis ​​também induziu a transformação do cristal de sua fase beta para a fase gama.

A equipe foi capaz de reverter a fase gama do cristal de volta à sua fase beta, aquecendo-o a 130 ° C no vácuo por duas horas. Para voltar à fase alfa, a fase gama do cristal foi embebida em dimetilformamida durante cinco minutos.

As análises da equipe do cristal permitiram um melhor entendimento de como sua função muda junto com a estrutura. Os pesquisadores observam que seu trabalho pode fornecer a base para projetar mais exemplos de materiais porosos com memória de forma.