Российские ученые совместно с международными коллегами разработали инновационный материал, способный изменять свою структуру под воздействием света. Этот прорыв в области материаловедения открывает новые возможности для применения в различных отраслях промышленности.
Исследование, проведенное специалистами Южного федерального университета (ЮФУ) в сотрудничестве с болгарскими учеными, было опубликовано в журнале Microporous and Mesoporous Materials.
Новый материал представляет собой пористые наночастицы металлорганических каркасов (MOF) на основе циркония, поверхность которых модифицирована фотохромными молекулами спиропиранов. Эти органические соединения обладают уникальной способностью обратимо менять свою структуру под воздействием света. Такая комбинация свойств позволяет создавать "умные" материалы, реагирующие на внешние факторы.
Металлорганические каркасы, используемые в качестве основы для нового материала, представляют собой своеобразные "молекулярные губки" с жесткой решеточной структурой. Они обладают исключительной стабильностью, структурным разнообразием и высокой пористостью, что делает их идеальными кандидатами для создания материалов с широким спектром свойств.
Ключевым компонентом разработки стали спиропираны - класс органических фотохромных соединений, обладающих мультичувствительностью. Эти молекулы способны реагировать на различные внешние воздействия, такие как свет, температура, кислотность среды и наличие ионов металлов. Старший научный сотрудник НИИ ФОХ ЮФУ Илья Ожогин отметил, что внедрение спиропиранов в структуру металл-органических каркасов позволяет управлять свойствами материала с помощью внешних факторов.
Для создания прочной химической связи между компонентами ученые использовали метод клик-химии. Этот подход, основанный на принципе соединения простых исходных блоков по принципу конструктора, позволил сформировать стабильный композитный материал, в котором фотоактивный компонент надежно "пристегнут" к каркасу.
Разработанный материал обладает широким спектром потенциальных применений. В электронике он может использоваться для создания устройств, способных адаптироваться к различным условиям освещения. В области энергетики материал может найти применение в интеллектуальных системах хранения водорода, повышая их энергоэффективность.
Одна из авторов исследования, инженер-исследователь международной исследовательской лаборатории функциональных наноматериалов ЮФУ Ольга Бурачевская, подчеркнула, что новый материал позволит создавать не просто инструменты, а интеллектуальные компаньоны. Она также отметила возможность регулирования объема пор "молекулярной губки" с помощью света, что открывает перспективы для создания умных емкостей для хранения водорода.
Особенно важным аспектом разработки является ее потенциал в области безопасного хранения водорода. Новый материал может обеспечить более эффективный контроль над газом в транспортных средствах и стационарных резервуарах, где управление процессами хранения и высвобождения водорода критически важно для безопасности.
Исследование было проведено в рамках государственной программы поддержки вузов "Приоритет-2030", являющейся частью национального проекта "Наука и университеты". Это подчеркивает важность работы для развития отечественной науки и технологий, а также демонстрирует эффективность международного научного сотрудничества в решении сложных задач материаловедения.
Разработка российских ученых и их международных коллег представляет собой значительный шаг вперед в создании умных материалов. Способность нового материала изменять свои свойства под воздействием света открывает широкие перспективы для его применения в различных областях, от электроники до энергетики, и может стать основой для создания нового поколения адаптивных и интеллектуальных устройств.
