Una investigación desarrollada por científicos valencianos en el Institut de Ciència Molecular (ICMol) de la Universitat de València permite la generación de materiales multifuncionales con diversas capacidades como responder a estímulos térmicos, cambiar de color, ser magnéticos y presentar un movimiento en la escala de micras como consecuencia de una variación en la estructura molecular.

Foto de Portada: de izda. a dcha. Gonzalo Abellán, Eugenio Coronado y Hermenegildo García

Las conclusiones de este trabajo, liderado por el investigador Gonzalo Abellán y dirigido por los catedráticos Eugenio Coronado y Hermenegildo García, se publican en la revista Chemical Science.

Este estudio -en el que colaboran el Instituto de Tecnología  Química (ITQ)  de la Universitat Politècnica de València en el marco del VLC/Campus Microcluster Functional Nanomaterials and Nanodevices y la Universidad Autónoma de Madrid – presenta lo que los investigadores denominan materiales con respiración (‘breathing materials’) “por el movimiento de los cristales, que se asemeja al de un acordeón abriéndose y cerrándose”, apunta Gonzalo Abellán, quien actualmente es investigador posdoctoral Marie Curie en el grupo del profesor Andreas Hirsch en la Universidad de Erlangen-Nuremberg (Alemania).

El éxito de esta investigación radica en la intercalación de moléculas aniónicas fotoactivables en el espacio interlaminar de la matriz inorgánica y en el hecho de conseguir, en estado sólido, la reacción de isomerización trans-cis de las moléculas tipo azo en el espacio nanométrico que queda entre las láminas. De forma más sencilla según explica Abellán se han sintetizado unos materiales híbridos “basados en hidróxidos dobles laminares intercalados por moléculas termocrómicas, es decir, que cambian su color con la temperatura. El sistema se parece a un sándwich, las láminas son los hidróxidos, que en nuestro caso son magnéticos, y en el espacio interlaminar incorporamos las moléculas fotoactivas”.

Los investigadores han conseguido racionalizar la influencia que tiene la forma en la que las moléculas están conectadas a las láminas. “Si el anclaje ocurre por un solo extremo de la molécula, las láminas presentan un movimiento de deslizamiento completamente reversible -al que denominamos respiración- cuando son sometidas a un estímulo externo, en este caso, un pequeño cambio de temperatura. Mientras que si las láminas están conectadas por los dos extremos, el movimiento genera una compresión y mucha tensión y presentan un movimiento más limitado. Esto se ve reflejado de forma drástica en las propiedades ópticas y magnéticas de estos materiales”, expone Gonzalo Abellán.

La investigación surgió a raíz de un trabajo previo desarrollado entre el ICMol y el ITQ. Este estudio demostró que se podían modular las propiedades magnéticas de un material híbrido con la luz. Ante una excitación con luz ultravioleta de las moléculas tipo azo, las láminas de la matriz inorgánica disminuyen su distancia y, por tanto, se alteran sus propiedades magnéticas. El material laminar híbrido puede volver a sus propiedades originales cuando se expone al agua o a una cierta humedad del aire, por el hecho de que se recupera la distancia inicial entre las láminas de la matriz inorgánica. Al realizar aquel experimento, los investigadores se plantearon muchas preguntas acerca de cuáles eran los principales factores para controlar el movimiento de estos sistemas a voluntad; o qué papel podría jugar el diseño químico de las láminas magnéticas y las moléculas orgánicas intercaladas entre ellas, algo que han aprovechado en la nueva investigación.

Gracias a esta investigación se abre el camino para modular las propiedades magnéticas de un material aplicando estímulos externos, como, por ejemplo, la luz, el calor, la humedad, etc. De esta manera, se demuestra que la combinación de dos componentes comporta algo más que la simple unión de funcionalidades, y que adquieren, por un mecanismo cooperativo, nuevas propiedades antes no conseguidas, lo cual ofrece una amplia gama de posibilidades, como en el campo de la espinotrónica o de los sensores.

Referencia: Stimuli-responsive hybrid materials: breathing in magnetic layered double hydroxides induced by a thermoresponsive molecule. Chemical Science, DOI: 10.1039/C4SC03460K; Chem. Sci., 2015, 6, 1949-1958. Gonzalo Abellán, Jose Luis Jordá, Pedro Atienzar, María Varela, Miriam Jaafar, Julio Gómez-Herrero, Félix Zamora, Antonio Ribera, Hermenegildo García and Eugenio Coronado

Fuente: Universitat Valencia y Valencia International Campus of Excellence

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