多孔软质材料的“无”特性是其性能和应用的基础，也是多年来研究的热点。现在，来自日本的研究人员已经解决了这些材料长期存在的难题，这将加快研究和开发，并提高它们在实际设备中的实用性。
在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员揭示了物理性质-弹性异质性-在调整一类常见软多孔材料:金属有机框架(mof)的分子吸附/解吸特性中的重要性。
mof是一种海绵状材料，自20世纪90年代以来一直是研究的焦点。它们是高度可调的，这意味着它们的大小、形状和组成可以通过改变用于构建它们的金属离子和有机连接剂来改变。这种调整最终可以改变它们的特性，比如机械灵活性。此外，在吸附分子(称为客体)后，MOF(称为宿主)的晶体结构可以经历称为弹性非均匀性的非均匀形状变化。
由此产生的mof的刺激响应性和客体吸附选择性导致了许多应用，如传感器，超级电容器和药物输送工具。
为了改进先进mof的设计，研究人员长期以来一直试图了解宏观弹性特性与相应的微观主客体相互作用之间的联系。通过计算模拟获得这样的理解是研究人员试图解决的问题。
“我们的简化统计力学模型揭示了客体吸附和解吸在弹性非均质性中的作用，”该研究的主要作者Kota Mitsumoto解释说。“我们在数学上将晶格的膨胀和收缩与主客体相互作用的能量学和热力学联系起来。”
模拟主要集中在mof内的两类组成区域:客体吸附，这是较硬的;和客人吸的，它们更柔软。研究人员的主要结果是，这些区域的形状取决于区域之间弹性刚度的差异。客体吸附对应于致密结构域，而客体解吸对应于扁平结构域。
“我们推断了客体吸附和解吸之间过渡的熵和能量贡献，”资深作者Kyohei Takae说。“因此，我们为mof和类似材料中弹性非均质性的起源提供了物理化学见解。”
这项工作可以应用于赋予软多孔材料目标特性。例如，紧凑的域可以促进强来宾限制，从而应用于诸如气体存储。另外，平坦的结构域可以增加mof的表面积，从而促进化学反应。传感器和许多其他刺激响应材料将受益于这些见解。
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希望本篇文章《探索前沿刺激响应多孔材料的设计理念》能对你有所帮助！
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