פוטנציאל היישום של מסגרות מתכת-אורגניות התגלה לפני כ-20 שנה, ומאז התגלו קרוב ל-100,000 חומרים נקבוביים מעורבים כאלה. יש תקווה גדולה ביישומים טכניים, במיוחד MOF גמיש. לדוגמה, כבולמי זעזועים, הם יכולים להגיב ללחצים גבוהים פתאומיים, כלומר עיוות פלסטי, על ידי סגירת נקבוביות ואיבוד נפח.
או שהם יכולים להפריד כימיקלים זה מזה כמו ספוגים, לספוג אותם לתוך הנקבוביות שלהם, ואז לשחרר אותם תחת לחץ. רוכוס שמיד מסביר: "זה דורש פחות אנרגיה מתהליך הזיקוק הרגיל". עם זאת, עד כה זוהו רק כמה MOFs גמישים כאלה.
לחץ על MOF
על מנת לקבל תובנה לגבי המנגנון הבסיסי בחומרים כאלה, צוות המחקר של מינכן ערך ניתוח ניסיוני מפורט יותר של ה-MOF הידוע ברבים. על מנת להשיג מטרה זו, החוקרים מכניסים אותו ללחץ אחיד מכל הצדדים, תוך שימוש בניתוח מבני רנטגן כדי לצפות במצב בפנים.
גרגור קישליך אמר: "אנחנו רוצים לדעת איך החומר הזה מתנהג בלחץ, ואילו גורמים כימיים מניעים את שינוי הפאזה בין נקבוביות פתוחות לסגורות". מהבדיקה עולה כי הנקבוביות הסגורות אינן יציבות; בלחץ לאחר מכן, המערכת איבדה את סדר הגבישים שלה, בקיצור: היא קרסה.
זה לא המקרה עבור גרסאות עם אותו מבנה בסיסי: אם צוות המחקר מחבר את שרשראות הצדדיות הגמישות של אטומי הפחמן לאורגניים מחברים של MOF בולט לתוך הנקבוביות, החומר נשאר שלם כאשר הוא דחוס ומשחזר כאשר הוא דחוס צורתו המקורית. זרוע הפחמן הופכת חומר לא גמיש ל-MOF גמיש.
סוד מעבר השלב
צוות בוכום השתמש בכימיה ממוחשבת ובסימולציה של דינמיקה מולקולרית כדי ללמוד את העקרונות הבסיסיים. רוכוס שמיד סיכם: "הוכחנו שהסוד טמון במידת החופש של השרשרת הצדדית, מה שנקרא אנטרופיה. בעצם, כל מערכת בטבע שואפת לאנטרופיה המקסימלית. בקיצור, זה שיהיו כמה שיותר דרגות חופש ככל האפשר. פיזר את האנרגיה של המערכת".
שמיד המשיך: "המספר הרב של הסידורים האפשריים של זרועות פחמן בנקבוביות מבטיח שמבנה הנקבוביות הפתוחות של ה-MOF יהיה יציב באנטרופיה. זה מקל על מעבר הפאזות ממבנה נקבוביות פתוחות למבנה נקבוביות סגורות ואז חזרה, ולא בלי פחמן. כמו במקרה של הזרועות, החורים נשברים כאשר הם נלחצים יחד". על מנת לחשב מערכת כה גדולה של אטומים רבים ולמצוא מבנים אפשריים דמויי זרוע בנקבוביות, הצוות פיתח ערך מספרי מדויק. המודל התיאורטי היעיל משמש לסימולציה.
תוצאת המפתח של מחקר זה היא קביעת אפשרות כימית נוספת לשלוט ולשנות את התנהגות התגובה המאקרו של חומרים חכמים באמצעות גורמים תרמודינמיים. גרגור קישליך סיכם: "הגילוי שלנו פותח דרך חדשה להשיג מעברי פאזה מבניים ב-MOFs נקבובי."
קישור למאמר זה: מסגרות מתכת אורגניות עשויות להיות גמישות יותר
הצהרת הדפסה חוזרת: אם אין הנחיות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. נא לציין את המקור להדפסה חוזרת: https://www.cncmachiningptj.com
PTJ® מספק מגוון רחב של דיוק מותאם אישית