Des chercheurs de l'Université de Gand ont étudié comment les structures dites métallo-organiques respirent à mesure qu'il fait plus chaud ou plus froid. À l'aide de simulations informatiques avancées, ils ont découvert que la température à laquelle ces matériaux se dilatent ou se rétractent soudainement est réglable. Leurs résultats permettent la conception de thermostats qui fonctionnent au niveau moléculaire.

La recherche a été menée au Centre de modélisation moléculaire de l'Université de Gand sous la direction du professeur V. Van Speybroeck et en collaboration avec l'Université de Vienne. Il apparaît dans Communication Nature cette semaine.

Pores ingénieux

Les charpentes métallo-organiques sont criblées de minuscules pores, pas plus d'un milliardième de mètre de diamètre. Malgré cette taille limitée, les pores offrent des opportunités pour un large éventail d'applications de pointe. Les charpentes métallo-organiques ont jusqu'à présent attiré l'attention pour la détection des armes chimiques, le transport de drogues dans le sang ou la capture de gaz à effet de serre.

Conception de matériaux par simulations informatiques

Les chercheurs du Center for Molecular Modeling se sont concentrés sur les versions respirantes des structures métal-organiques. Les pores de ces matériaux s'ouvrent ou se ferment lorsqu'ils se réchauffent ou se refroidissent. Ce comportement respiratoire donne lieu à une augmentation ou une diminution soudaine du volume. Les scientifiques de l'UGent ont maintenant montré que la température à laquelle ce phénomène se produit dépend de la composition des charpentes métallo-organiques. Leurs briques moléculaires peuvent donc être choisies en fonction de la température à laquelle une réaction est requise. En particulier, la température de commutation résulte d'un subtil équilibre entre l'attraction entre les parois des pores et la mobilité des atomes.

Thermostat moléculaire

Les résultats de l'étude ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de thermostats limités à une poignée d'atomes. De tels matériaux sont nécessaires pour pouvoir faire face à la miniaturisation progressive de diverses applications, allant de l'électronique à la biologie. La conversion de la chaleur en changement de volume offre en outre des possibilités d'exploitation de l'énergie aux plus petites échelles de longueur.