Un groupe de chercheurs dirigé par des scientifiques du RIKEN Center for Emergent Matter Science et de l'Université de Tokyo a créé un matériau inhabituel - un cristal mou composé de molécules connues sous le nom de caténanes - qui se comporte d'une manière nouvelle qui pourrait être utilisée dans des applications telles que comme des films qui capturent les molécules de dioxyde de carbone. La recherche a été publiée dans La nature .

Un caténane est un type de molécule dans lequel deux anneaux ou plus s'imbriquent, comme les anneaux que les magiciens utilisent dans leurs tours, et peuvent glisser les uns sur les autres, créant des changements de conformation qui peuvent donner aux matériaux des propriétés intéressantes. Ces types de molécules se trouvent dans la nature, où ils agissent souvent comme des machines moléculaires. Jusqu'à maintenant, des chaînes de caténanes - appelées polycaténanes - ont été créées, mais les scientifiques n'ont jamais exploré les cristaux tridimensionnels constitués de ces molécules.

Le groupe s'est mis à explorer cela, et a créé un nouveau matériau en faisant croître des cristaux de caténanes et d'ions cobalt dans un solvant. En contrôlant soigneusement les arrangements des molécules de caténane par la formation de liaisons de coordination avec les ions cobalt, ils pensaient pouvoir créer un réseau tridimensionnel composé presque uniquement de caténanes, qui travaillent ensemble pour créer de nouvelles fonctions.

Les chercheurs ont ensuite utilisé la diffraction des rayons X sur monocristal pour examiner la structure du cristal mou.

Alors que les chercheurs exploraient essentiellement les types de propriétés que ces matériaux pourraient avoir, ils ont été surpris par les résultats de l'analyse. D'abord, en accord avec leurs attentes, ils ont trouvé qu'en poids, les caténanes constituaient plus de 90 pour cent du cristal. De façon intéressante, ils ont trouvé qu'il était poreux, avec des trous qui pourraient adsorber le solvant, ou des molécules gazeuses, et que la forme des pores changeait au fur et à mesure que les molécules invitées entraient ou sortaient de la structure.

En outre, en utilisant une technique de nano-indentation pour étudier les propriétés mécaniques, ils ont constaté que le matériau se déformait facilement lorsqu'il était pressé mécaniquement et que son module de Young, un indice de la facilité avec laquelle il se déforme, est comparable à celui du polypropylène, un plastique utilisé dans les matériaux d'emballage et d'autres utilisations - et que, étonnamment, il a repris sa forme initiale, sans dommage, lors de la suppression de la force. Par ailleurs, quand ils ont essayé de le compresser, ils ont constaté qu'il se comprimait le plus dans une direction spécifique, et ils ont pu expliquer sa nature déformable en montrant qu'en réalité, les anneaux des molécules de caténane glissaient, permettant au matériau de se comprimer.

Hiroshi Sato, qui a dirigé la recherche, dit, "Nous pensons que ces résultats pourraient conduire à la création de matériaux poreux innovants capables d'adsorber et de désorber les molécules de gaz telles que le dioxyde de carbone simplement en les pinçant et en les libérant avec nos doigts."