Les scientifiques de l'Université de Kyoto font un pas de plus vers la conception de matériaux poreux qui peuvent changer et conserver leurs formes, une fonction connue sous le nom d'effet de mémoire de forme.

Les matériaux à mémoire de forme ont des applications dans de nombreux domaines. Par exemple, ils pourraient être implantés dans le corps puis amenés à changer de forme pour une fonction spécifique, comme servir d'échafaudage pour la régénération du tissu osseux. L'effet mémoire de forme est bien documenté dans certains matériaux, y compris les céramiques et les alliages métalliques. Mais elle est rare et mal connue dans les matériaux poreux cristallins.

Maintenant, Susumu Kitagawa de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences de l'Université de Kyoto et ses collègues au Japon, L'Irlande et les États-Unis ont démontré un effet de mémoire de forme dans un matériau organométallique flexible - seulement la deuxième observation de ce type jamais rapportée. Ils décrivent leurs découvertes dans le journal Avancées scientifiques .

Les cristaux ont été fabriqués en dissolvant un mélange de produits chimiques et de nitrate de zinc hexahydraté dans un solvant commun appelé diméthylformamide à 120 °C pendant 24 heures. En utilisant une technique aux rayons X appelée diffraction des rayons X sur monocristal, l'équipe a étudié la structure des cristaux. Ils ont découvert qu'ils étaient formés de réseaux en forme de roue à aubes légèrement déformés, qui étaient constitués d'ions zinc centraux liés aux molécules organiques environnantes. Cette "phase alpha" du cristal avait 46 pour cent de porosité, ce qui signifie que 46 pour cent de son volume était disponible pour accepter de nouvelles molécules ; la propriété qui rend les matériaux poreux adaptés à une variété d'applications.

Lorsque l'équipe a chauffé le cristal alpha à 130°C sous vide pendant 12 heures, le cristal est devenu plus dense, ses treillis sont devenus plus déformés, et sa porosité a été réduite à seulement 15 pour cent. Ils ont appelé cette phase du cristal sa phase bêta.

Ils ont ensuite ajouté du dioxyde de carbone au cristal à une température de -78°C. Le dioxyde de carbone a été adsorbé dans les pores du cristal et la forme du cristal a changé en des réseaux moins déformés que ceux de la phase bêta. Le volume disponible pour accepter les molécules invitées est passé à 34 %. Lorsque l'équipe a ajouté et retiré du dioxyde de carbone du cristal pendant dix cycles consécutifs, ils ont constaté qu'il conservait sa forme. Ils ont appelé cette phase du cristal sa phase gamma « à mémoire de forme ».

L'ajout d'azote ou de monoxyde de carbone à des températures variables a également induit la transformation du cristal de sa phase bêta à sa phase gamma.

L'équipe a réussi à ramener la phase gamma du cristal à sa phase bêta en le chauffant à 130 °C sous vide pendant deux heures. Pour revenir à la phase alpha, la phase gamma du cristal a été trempée dans du diméthylformamide pendant cinq minutes.

Les analyses de l'équipe du cristal leur ont permis de mieux comprendre comment sa fonction change avec la structure. Les chercheurs notent que leurs travaux pourraient servir de base à la conception d'autres exemples de matériaux poreux à mémoire de forme.