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京都大学

概要：

科学家们更接近于设计可以改变和保持形状的多孔材料 - 这是一种称为形状记忆效应的功能。

京都大学的科学家们更接近于设计可以改变和保持其形状的多孔材料 - 这是一种称为形状记忆效应的功能。

形状记忆材料在许多领域都有应用。例如，它们可以植入体内，然后诱导改变形状以用于特定功能，例如用作骨组织再生的支架。形状记忆效应在包括陶瓷和金属合金在内的一些材料中有很好的记载。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和日本，爱尔兰和美国的同事们展示了灵活的金属有机材料的形状记忆效应 - 只有第二次这样的观察报道。他们在“科学发展”杂志上描述了他们的发现。

通过将化学品和六水合硝酸锌的混合物在称为二甲基甲酰胺的常用溶剂中在120℃下溶解24小时来制备晶体。该团队使用称为单晶X射线衍射的X射线技术研究了晶体的结构。他们发现它们是由稍扭曲的桨轮状晶格形成的，由中心锌离子与周围有机分子相连而成。晶体的这个“α相”具有46%的孔隙率，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。

当团队在130℃真空加热α晶体12小时时，晶体变得更致密，晶格变得更加扭曲，并且其孔隙率降低到只有15%。他们称这个阶段的晶体为beta阶段。

然后他们在-78°C的温度下向晶体中加入二氧化碳。二氧化碳被吸附到晶体的孔隙中，并且晶体的形状改变为比β相中的晶格更少扭曲的晶格。接受客体分子的可用体积增加到34%。当团队连续十个周期增加并从晶体中去除二氧化碳时，他们发现它保持了它的形状。他们称这一阶段的晶体为“形状记忆”伽玛相。

在不同温度下加入氮气或一氧化碳也会诱导晶体从其β相转变为γ相。

该团队通过在130°C真空加热2小时，将晶体的γ相恢复到β相。为了恢复到α相，晶体的γ相在二甲基甲酰胺中浸泡5分钟。

团队对晶体的分析使他们更好地理解其功能如何随着结构而变化。研究人员指出，他们的工作可以为设计更多形状记忆多孔材料的实例提供基础。