El nuevo diseño químico hace que los cristales duros se estiren

Los investigadores han descubierto una nueva forma de hacer que los cristales sean estirables, una modificación que podría permitirles actuar como nanofiltros altamente eficientes.

“Imagina un diamante comportándose como un elástico“Dice el profesor asistente de química Chenfeng Ke. Su equipo de investigación ha diseñado un nuevo tipo de cristales porosos a base de carbono que pueden estirarse más del doble de su longitud.

Conocidos por los químicos como estructuras orgánicas porosas, estos materiales son generalmente duros. Están construidos a partir de un andamio de materiales orgánicos ligeros. moléculas como carbono, oxígeno y nitrógeno. Los enlaces cruzados moleculares adicionales se unen químicamente para fortalecer la estructura. Sus estructuras se asemejan a redes abiertas llenas de vacíos, o poros, que pueden albergar una variedad de moléculas como huéspedes. Esto les permite actuar como filtros capaces de eliminar ciertos contaminantes del aire y el agua, o de separar y almacenar productos químicos de importancia comercial. El tamaño de los poros suele determinar qué moléculas se pueden absorber y almacenar.

Al ajustar el diseño de los bloques de construcción moleculares, los investigadores ahora han permitido que sustancias químicas específicas hinchen el cristal. Es como si algunas moléculas tuvieran una llave que pudiera desbloquear mucho espacio extra que ahora pueden ocupar, explica Jayanta Samanta, investigador asociado de Ke Functional Materials Group.

En un artículo publicado en Química, los investigadores describen cómo incorporan esta funcionalidad agregando lo que ellos llaman “juntas blandas” en el andamio de cristal. Las articulaciones están formadas por iones que se repelen entre sí, pero que se colocan en su lugar mediante interacciones con otras moléculas en el andamio. Cuando cumplen con la ley químicosin embargo, se molestan fácilmente y se alejan unos de otros. Esto hace que el cristal se expanda, pero solo en la medida en que lo permitan sus agentes reticulantes.

Samanta, el autor principal del artículo, describe los cristales como agujas pequeñas y duras, de aproximadamente medio milímetro de longitud. Recuerda el momento decisivo cuando puso uno por primera vez en una solución de fenol, un compuesto orgánico muy utilizado en los limpiadores domésticos. Se estiró al doble de su longitud en menos de 20 minutos, dice. Cuando el fenol se lavó, volvió a su forma original en la mitad de ese tiempo.

“Ver el cristal expandirse y contraerse en este punto es extraordinario”, dice Ke, quien está particularmente impresionado por la velocidad de la expansión. Esta respuesta física a sustancias químicas específicas en su entorno se puede utilizar para aplicaciones interesantes, dice. Ke está ansioso por implementar el nuevo diseño creando cristales similares capaces de absorber las impurezas del agua.