Yay benzeri gözenekli kristaller, kimyasal olarak duyarlı mikro ölçekli materyalleri mümkün kılabilir

Kristaller genellikle düz yüzeyli ve düz kenarlı sert nesneler olarak hayal edilir. Osaka Üniversitesi liderliğindeki bir araştırma ekibi yakın zamanda yay benzeri bir sarmala dönüşen gözenekli bir kristal yarattı. Ekip ayrıca, solvent molekülleri iç boşluklarına girip çıktıkça kristalin şekil değiştirebildiğini de buldu. Bulguları şu adreste yayınlandı: Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü.

Bazı organik malzemelerde sarmal veya bükülmüş kristaller bilinmektedir, ancak gözenekli malzemelerde çoğunlukla çok küçük kristaller, demetler veya agregatlar halinde rapor edilmiştir. Bu, bir kristalin iç düzeninin genel şekliyle nasıl bağlantılı olduğunu anlamayı zorlaştırdı.

Ekip, pirene dayalı organik bir molekül kullandı ve kristalizasyon koşullarını değiştirdi. 60°C’de malzeme düz, iğne benzeri kristaller oluşturdu. 120°C’de solvent daha hızlı buharlaştığında sarmal kristaller oluştu. X-ışını ölçümleri, her iki formun da esasen aynı gözenekli iç yapıya sahip olduğunu gösterdi.

Araştırmacılar, hızlı kristal büyümesi sırasında moleküler düzenlemedeki küçük düzensizliklerin sıkışıp düzensiz büyümeye neden olarak sarmal şekli oluşturabileceğini öne sürüyorlar. Bu mekanizma bir hipotez olarak kalmaya devam ediyor: Kristal büyümesi sırasında doğrudan gözlem yapılmasına hala ihtiyaç duyulmaktadır ve çözeltideki solvent etkileri ve konveksiyon gibi diğer etkiler de göz ardı edilmemiştir.

Helisel kristallerin ölçülen yüzey alanı gram başına 1.185 m²’dir, bu da yüksek gözenekliliklerini yansıtır ve 300°C’nin üzerine ısıtıldığında bile gözenekli yapılarını korur. Çözücü moleküller gözeneklerden çıkarıldığında helezonlar gevşeyip uzadı; solvent yeniden eklendiğinde hafifçe büzüştüler.

Gözeneklilik ve şekil değişiminin bu kombinasyonu, kimyasallara veya molekülleri ve iyonları sarmal yollar boyunca düzenleyen malzemelere yanıt olarak hareket eden mikro ölçekli malzemelere ilham verebilir.

İlgili yazar Ichiro Hisaki, “Bu bulgu, laboratuvarımdaki yüksek lisans öğrencisi Yuzuki Murata’nın dikkatli gözlemi sonucunda ortaya çıktı” diyor. “Kristallerin sert ve düz olması gerektiği yönündeki varsayımımızı altüst etti. Deneysel bulguları hesaplama sonuçlarıyla birleştirerek, bu sarmal kristallerin nasıl oluşabileceğini önermeyi başardık.”