Porøse materialer måler temperatur på molekylært niveau

Forskere fra Gent Universitet undersøgte, hvordan såkaldte metal-organiske rammer ånder, når det bliver varmere eller koldere. Ved hjælp af avancerede computersimuleringer, de fandt ud af, at den temperatur, ved hvilken disse materialer pludselig udvider sig eller krymper, kan indstilles. Deres resultater tillader design af termostater, der fungerer på molekylært niveau.

Forskningen blev udført ved Center for Molekylær Modellering ved Gent Universitet under tilsyn af Prof. V. Van Speybroeck og i samarbejde med Universitetet i Wien. Det vises i Naturkommunikation denne uge.

Geniale porer

Metalorganiske rammer er fyldt med små porer, ikke mere end en milliardtedel meter i diameter. På trods af denne begrænsede størrelse, porerne giver muligheder for en bred vifte af banebrydende applikationer. Metalorganiske rammer har hidtil tiltrukket sig opmærksomhed for påvisning af kemiske våben, transport af stoffer i blod eller opsamling af drivhusgasser.

Materialedesign gennem computersimuleringer

Forskerne fra Center for Molekylær Modellering fokuserede på vejrtrækningsversionerne af metal-organiske rammer. Porerne i disse materialer åbner eller lukker, når de varmes op eller afkøles. Denne vejrtrækningsadfærd giver anledning til en pludselig stigning eller reduktion af volumen. UGent-forskerne viste nu, at temperaturen, hvorved dette fænomen opstår, afhænger af sammensætningen af ​​de metal-organiske rammer. Deres molekylære byggesten kan derfor vælges som en funktion af den temperatur, ved hvilken en reaktion er påkrævet. I særdeleshed, skiftetemperaturen skyldes en subtil balance mellem tiltrækningen mellem porevæggene og atomernes mobilitet.

Molekylær termostat

Resultaterne af undersøgelsen åbner nye perspektiver for design af termostater begrænset til en håndfuld atomer. Sådanne materialer er nødvendige for at kunne håndtere den progressive miniaturisering af forskellige applikationer, lige fra elektronik til biologi. Omdannelsen af ​​varme til volumenændring giver desuden muligheder for udnyttelse af energi på de mindste længdeskalaer.