京都大学的科学家们离设计出可以改变和保持其形状的多孔材料又近了一步。这种多孔材料具有形状记忆效应。
形状记忆材料应用领域广泛。例如，将它们植入体内后改变形状，应用于类似于骨组织再生支架等特定用途。形状记忆效应在包括陶瓷和金属合金在内的一些材料中很常见，但是在结晶多孔材料中这种情况很少见，也很难理解。
现在，日本京都大学综合细胞材料科学研究所的Susumu Kitagawa教授和日本、爱尔兰、美国的同事所展示的柔韧金属有机材料的形状记忆效应，是有史以来第二次这样观察报道。他们在“Science Advances”杂志上发表了他们的发现。
将化学制品和六水合硝酸锌的混合物在二甲基甲酰胺常用溶剂中在120℃下溶解24小时来制备晶体。通过单晶X射线衍射技术，该团队研究了晶体的结构，结果发现它们是由稍扭曲的桨轮状晶格形成的，是由中心锌离子与周围有机分子相连而成。晶体的这个“α相”的孔隙率为46％，这意味着其体积的46％可用于接受新分子。这种特性使多孔材料适用于各种应用。
当该团队将α相晶体在130℃下真空加热12小时后，晶体变得更致密，晶格变得更加扭曲，且孔隙率降低到15％。他们认为晶体此时变为β相。
在-78°C下，研究人员向晶体中加入二氧化碳，结果发现二氧化碳被吸附到晶体的孔隙中，晶体的晶格形状改变的比β相更稍扭曲，且接受客体分子的可用体积增加到34％。该团队向晶体中加入二氧化碳再去除，如此循环反复十个周期后，发现晶体仍保持了它原有的形状。他们称这一阶段的晶体为“形状记忆”γ相。
在不同温度下加入氮气或一氧化碳同样也会诱导晶体从β相转变为γ相。
该团队通过将晶体在130°C下真空加热2小时，使晶体的γ相恢复到β相。而为了恢复到α相，γ相晶体需要在二甲基甲酰胺中浸泡5分钟。
该团队对晶体的分析使他们能够更好地理解晶体性能如何随着结构而变化。研究人员指出，他们的研究可以成为设计更多形状记忆多孔材料的实例的基础依据。
文章来源于Sciencedaily网站，原文标题为New carbon-dioxide-adsorbing crystals could form the basis of future biomedical materials that rely on the shape-memory effect。
