Los científicos de la Universidad de Nagoya han desarrollado una nueva forma de fabricar materiales que responden a los estímulos de manera predecible. Utilizaron este método para diseñar un nuevo material, una mezcla de nanorings de carbono y yodo, que conduce electricidad y emite luz blanca cuando se expone aelectricidad. El nuevo enfoque del equipo podría ayudar a generar una gama de materiales confiables que respondan a los estímulos, que pueden usarse en dispositivos de memoria, músculos artificiales y sistemas de administración de medicamentos, entre otras aplicaciones.
Nagoya, Japón - Los materiales que responden al estímulo alteran sus propias propiedades en respuesta a estímulos externos, como la fotoirradiación, el calor, la presión y la electricidad. Esta característica se puede controlar para una amplia gama de usos, como en los discos ópticos, memorias y pantallas de computadora, así como músculos artificiales y sistemas de administración de medicamentos.
Los investigadores han estado trabajando para desarrollar nuevos materiales que respondan a los estímulos de una manera predecible. Sin embargo, ha sido extremadamente difícil diseñar y controlar los complejos arreglos moleculares de los materiales.
Ahora, un equipo liderado por el Proyecto de Nanocarbono Molecular Itami JST-ERATO de la Universidad de Nagoya y el Instituto de Biomoléculas Transformativas ITbM han desarrollado un método simple y confiable para sintetizar materiales que responden a los estímulos. Los resultados de este estudio fueronreportado recientemente en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .
El método de "huésped poroso sensible" toma una molécula con un marco poroso y se une a una molécula "huésped" que probablemente reaccionará a estímulos externos. En este caso, el equipo descubrió que [10] cicloparaphenylene [10]CPP, una molécula de hidrocarburo compuesta de 10 anillos de benceno para-conectados, fue un huésped ideal cuando se combinó con yodo I. El yodo se situó dentro de los anillos de carbono poroso y reaccionó a la estimulación eléctrica.también emitió una luz blanca, lo cual es inusual. Por lo general, se requieren muchos otros componentes para obtener el color blanco. Esto muestra el potencial del nuevo material, [10] CPP-I, para los sistemas de iluminación de la próxima generación.
"Se espera que este enfoque de 'host poroso sensible' sea aplicable a diferentes estímulos, como la fotoirradiación, la aplicación de calor y el cambio de pH, y abra el camino para diseñar una estrategia genérica para el desarrollo de materiales sensibles a estímulos en unmoda controlable y predecible ", dijo el Dr. Hirotoshi Sakamoto, líder del grupo del proyecto JST-ERATO.
Sintetizar el material es sorprendentemente simple: los investigadores mezclaron nanorings de carbono CPP y yodo juntos, y lo dejaron secar. La cristalografía de rayos X confirmó que las moléculas de yodo se alinean dentro del núcleo hueco de los nanorings alineados.
El equipo probó varias variaciones de la mezcla, cambiando el número de nanorings de carbono, y descubrió que 10 anillos condujeron al movimiento más dinámico del átomo de yodo y la respuesta más sensible a los cambios ambientales externos.
Cuando se aplicó una corriente continua a [10] CPP-I, la resistividad aparente de la muestra se volvió aproximadamente 380 veces menor, lo que indica que condujo electricidad en lugar de resistir la transmisión eléctrica. La resistividad aparente en mezclas con 9 o 12 nanorings hizono disminuye tanto. Estos resultados muestran que el tamaño de poro en el conjunto de nanoring controla la respuesta a la estimulación eléctrica.
"Una de las partes más difíciles de esta investigación fue investigar cómo la conductividad eléctrica de [10] CPP-I es activada por estímulos eléctricos", dijo el Dr. Noriaki Ozaki, investigador postdoctoral del proyecto JST-ERATO."Aunque solo nos llevó unos tres meses sintetizar la molécula y descubrir sus propiedades de respuesta a los estímulos eléctricos, tardó otro año en descubrir el origen de sus propiedades".
El equipo finalmente descubrió cómo la conductividad eléctrica de [10] CPP-I se activa mediante estímulos eléctricos, utilizando espectroscopía de absorción de rayos X cerca del borde XANES, espectroscopía Raman y espectroscopía de fluorescencia. Estos análisis mostraron que elLos átomos de yodo en los nanorings de carbono forman cadenas extendidas de polioduro cuando son estimuladas por la electricidad, lo que le da al material conductividad eléctrica.
Los investigadores también descubrieron que los estímulos eléctricos pueden cambiar el color de fotoluminiscencia de [10] CPP-I de un color verde-azul a un color blanco. La luminiscencia blanca significa que el espectro de fluorescencia de [10] CPP-I cubre todo el visiblerango de luz. El ensanchamiento espectral se atribuye a la distribución irregular de las estructuras electrónicas de CPP, que es causada por la formación de cadenas de polioduro. La luminiscencia blanca de [10] CPP-I es un raro ejemplo de material de iluminación blanca de un solo molecularensamblaje; la emisión de luz blanca generalmente se logra al mezclar varios componentes de diferentes colores.
"Estamos realmente entusiasmados de desarrollar este método simple pero poderoso para lograr la síntesis de materiales de respuesta a estímulos externos", dijo el profesor Kenichiro Itami, director del proyecto JST-ERATO y director central de ITbM.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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