Poreuze materialen meten temperatuur op moleculair niveau

(21-11-2018) Onderzoekers van de Universiteit Gent (EA17) bestudeerden hoe zogenaamde metaal-organische roosters ademen wanneer het warmer of kouder wordt. Hun bevindingen laten toe thermostaten te ontwerpen die op het moleculaire niveau werkzaam zijn.

Het onderzoek, uitgevoerd aan het Centrum voor Moleculaire Modellering van de UGent onder leiding van Prof. V. Van Speybroeck en in samenwerking met de Universiteit van Wenen, verscheen deze week in Nature Communications.

Vernuftige poriën

Metaal-organische roosters zijn doorzeefd met minuscule poriën van niet meer dan een miljardste van een meter groot. Ondanks deze zeer beperkte ruimte bieden die openingen de mogelijkheid tot een hele reeks spitstechnologische toepassingen. Metaal-organische roosters konden al op belangstelling rekenen voor de detectie van chemische wapens, het transport van geneesmiddelen via het bloed of het opvangen van broeikasgassen.

Materiaalontwerp via computersimulaties

De onderzoekers van het Centrum voor Moleculaire Modellering concentreerden zich op ademende varianten van metaal-organische roosters. Wanneer deze materialen opwarmen of afkoelen, gaan hun poriën open of toe. Dit ‘ademen’ leidt tot een zeer plotse toename of afname van het volume. De Gentse wetenschappers toonden nu aan dat de temperatuur waarbij dit verschijnsel plaatsvindt, afhankelijk is van de samenstelling van de metaal-organische roosters. Hun moleculaire bouwblokken kunnen daardoor gekozen worden in functie van de temperatuur waarbij een reactie nodig is.

Moleculaire thermostaat

De resultaten van de studie bieden nieuwe perspectieven voor het ontwerp van thermostaten die niet groter zijn dan een handvol atomen. Zulke materialen zijn nodig om te kunnen omgaan met de steeds verdergaande miniaturisatie van allerlei toepassingen, gaande van elektronica tot biologie. Bovendien biedt de omzetting van warmte in volumeverandering nieuwe mogelijkheden voor het benutten van energie op de allerkleinste lengteschalen.

Info

Een gedetailleerd technisch artikel dat dit onderzoek beschrijft is verschenen in Nature Communications : Tuning the balance between dispersion and entropy to design temperature-responsive flexible metal-organic frameworks, J. Wieme, K. Lejaeghere, G. Kresse, V. Van Speybroeck, Nature Communications

ir. Jelle Wieme, dr. ir. Kurt Lejaeghere, prof. dr. ir. Veronique Van Speybroeck
Centrum voor Moleculaire Modellering
Technologiepark 903
9052 Zwijnaarde
T 09 264 65 75 / M 0478 55 17 46 (J. Wieme)
T 09 264 65 60 / M 0472 63 52 95 (K. Lejaeghere)