رفتار "تنفسی" مواد نانو متخلخل

   اسفنج های پیشرفته بسیار کوچک و نانو متخلخل می توانند مواد شیمیایی مایع یا گازی را به صورت کنترل شده ذخیره یا آزاد کنند. محققان یکی از این مواد به نام DUT-49، را معرفی کرده اند که رفتار کاملاً متضادی دارد. هنگامی که فشار این ماده برای جذب گاز بیشتر افزایش داده می شود، ماده ناگهان منقبض شده و محتویات خود را رها می سازد. مانند شش ها که هنگام تنفس، منقبض شده و هوای درون خود را خارج می کند.

   کاربرد این مواد نانو متخلخل بسیار وسیع است. برخی از این کاربردها عبارت‌اند از: ذخیره مولکول مواد سمی در هوای محیط، ذخیره هیدروژن، آزاد سازی دارو و ...

   این مواد از سطح وسیع موجود در منافذشان برای گیر انداختن مولکول های مایع یا گازی استفاده می کنند. این پدیده جذب سطحی نامیده می شود. این منافذ قادر به جذب مقدار چشمگیری از محصولات هستند. این منافذ آن‌قدر بزرگ می شوند تا به حد انعطاف پذیری خود برسند.

DUT-49    ، از ترکیب اسکلت کربنی و اتم های مس شکل گرفته است و ساختار آن آلی و فلزی است. این ماده یک پودر متخلخل است. مساحت سطح داخلی یک گرم از این ماده، 5000 متر مربع است. بنابراین DUT-49 می تواند معادل 1/3 وزن خود را در متان جذب کند. همانند دیگر ماده های به اصطلاح هوشمند در هم خانواده های DUT-49، خواص این ماده بر اثر عوامل تحریک خارجی مانند فشار، دما و نور تغییر می کند. اگر فشار هنگامی که گاز ذخیره شده است، افزایش یابد، مقدار گاز جذب شده و اندازه منافذ ماده افزایش می یابند. با این وجود، انعطاف پذیری غیر عادی DUT-49 باعث ایجاد یک پدیده غیر منتظره می شود. هنگامی که این ماده با گاز در حال پر شدن است، به طور ناگهانی تا رسیدن به یک فشار مشخص منقبض می شود و اگر فشار باز هم در حال افزایش باشد، حجم آن نصف می شود.

   محققان این پدیده را به عنوان شکست ابزاری یاد می کنند زیرا که هیچ یک از میلیون ها مواد شناخته شده که گاز جذب می کنند، این‌گونه عمل نمی کنند. با این وجود، پدیده "جذب منفی" توسط اندازه گیری های بیشتر تأیید شده است و محققان توانسته اند که آن را توصیف کنند. مولکول های گاز ذخیره شده در DUT-49 یک تعامل قوی با ساختار فلزی ایجاد می کنند. آرایش اتم های شکل دهنده ماده با توجه به مقدار گاز جذب شده، می توانند تغییر کنند و در نهایت باعث منقبض شدن ماده شوند. این رفتار منحصر به فرد، با گازهای بوتان و متان در DUT-49 آزمایش شده است و رفتاری مشابه برای ترکیبات گازی دیگر نیز انتظار می رود.

DUT-49    یک ماده کشف شده با خواص فیزیکی غیر عادی است. این نتایج، دری جدید به روی مطالعه درباره مواد متخلخل انعطاف پذیر با رفتارهای نوین در علم مواد باز می کند که می تواند منجر به پیشرفت حس‌گر و سوییچ های نانو شود.

اطلاعات تکميلي

  • حوزه کاربرد: بهینه سازی فرآیند جذب سطحی با استفاده از مواد نانو
  • سازمانهاي وابسته: موسسه تحقیقات شیمی پاریس