Unidad de Cultura Científica

Nuevo material multirespuesta

05/10/2017
10_05_multirrespuesta Estructura laminar del compuesto emitiendo en el amarillo a bajas temperaturas, e imágen de microscopia de fuerzas atómicas donde se ven láminas de unos nanometros de espesor. /UAM

Químicos Inorgánicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han desarrollado un material que responde eléctricamente frente a compuestos orgánicos volátiles y que cambia su luminiscencia frente a la temperatura o la presión. Sus posibles aplicaciones pueden ser muy variadas.

Existe en la actualidad un gran interés en crear nuevos materiales muiltirespuesta, ya que estos presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas y químicas en presencia de distintos tipos de estímulos.

Las posibles aplicaciones de estos materiales son variadas, algunas incluso algunas ya son comerciales (ventanas inteligentes, pinturas termocrómicas, sensores de movimiento). En el caso de materiales que responden a la vez a distintos tipos de estímulos las posibilidades se amplían, aumentando su interés en industrias como la aéreo espacial.

Recientemente, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han descrito un material bidimensional, semiconductor y luminiscente que cambia su emisión al variar la temperatura y al someterse a presión, y que además cambia su conductividad eléctrica en presencia de compuestos orgánicos volátiles como el ácido acético.

El material fue construido con reactivos económicamente viables y puede obtenerse fácilmente, tanto como láminas de espesores nanométricos como micrométricos. Pertenece a una familia de compuestos químicos conocida como Polímeros de Coordinación, cuyos bloques de construcción son principalmente iones de metales de transición y ligandos orgánicos.


Estructura laminar

El compuesto tiene como ligado orgánico la 2 aminopirazina, que posee grupos funcionales, los cuales le permiten reconocer otras moléculas a través de la formación de enlaces de hidrógeno. Además, posee la capacidad de enlazarse al ioduro de cobre(I) formando cadenas que presentan interesantes propiedades eléctricas y luminiscentes.

Según explican los investigadores, el compuesto se obtiene mediante una síntesis directa en un solo paso a 25ºC, dando lugar a una estructura laminar formada por cadenas cobre-yodo altamente flexibles que se comportan como un muelle, acortando o alargando sus distancias y modificando sus ángulos en función de los estímulos que se le apliquen.

“Según se ajusten las condiciones de síntesis, podemos reducir o ampliar el tamaño de las láminas desde unas micras a unos nanómetros y viceversa, sin cambiar su estructura, ni composición. En ambas dimensiones el compuesto presenta propiedades similares. Para entender su comportamiento nos ayudamos de distintas técnicas experimentales y también de cálculos teóricos”, detallan los autores.


Variaciones de emisión y conductividad eléctrica

En colaboración con la Universidad de Zaragoza hemos visto que el compuesto a 25º emite en el naranja con una intensidad moderada, pero cuando se enfría, la intensidad de su emisión aumenta drásticamente desplazándose al amarillo.

El estudio de su estructura mediante difracción de rayos X de monocristal a distintas temperaturas, realizado en colaboración con la Universidad de la Laguna, permitió entender que la causa de este cambio está relacionada con un acortamiento en las distancias de enlace cobre-cobre. Sin embargo, la emisión de este compuesto desaparece cuando se le somete a presión.

“Además de realizar un estudio experimental mediante la técnica antes mencionada, sometiendo al cristal a distintas presiones y calculado la variación que se produce en sus distancias y ángulos, hemos tenido que acudir a cálculos teóricos, realizados en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, que nos ayudan a entender que a partir de una determinada presión, el acortamiento de la distancias va unido a un cambio en los ángulos que hace que el solapamiento entre los orbitales del cobre no sea efectivo, es decir, la emisión desaparece”, explican los autores.

Además, se ha medido la respuesta eléctrica del material frente a compuestos orgánicos volátiles capaces de formar enlaces de hidrógeno, como el ácido acético, observando que la presencia de este gas produce un aumento en el valor de la conductividad eléctrica del compuesto, característica que podrá ser aprovechada para aplicarlo como sensor.


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Referencia bibliográfica:

Conesa-Egea, J. Gallardo-Martínez, S. Delgado, J. I. Martínez, J. Gonzalez-Platas, V. Fernández-Moreira, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Ocón, F. Zamora and P. Amo-Ochoa. Mire Multistimuli Response Micro- and Nanolayers of a Coordination Polymer Based on Cu2I2 Chains Linked by 2-Aminopyrazine. Small. DOI: 10.1002/smll.201700965

 

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