Multifunkcionalni pametni materijali temeljeni na prirodnim spojevima
Znanstvenici Laboratorija za sintezu novih materijala Instituta Ruđer Bošković (IRB) istražujući kompleksne molekulske spojeve vanadija s vinskom kiselinom utvrdili su da ovaj materijal može promijeniti svoj sastav i strukturu kad se promijene uvjeti iz okruženja poput vlažnosti ili temperature pri čemu može vrlo lako otpustiti i apsorbirati molekule vode iz zraka. Kako mijenja strukturu, mijenja i svoja električna svojstva. Ovi rezultati važni su za razvoj novih materijala za primjenu u elektroničkim uređajima i kod razvoja novih tehnologija u područjima poput optike ili elektronike.
Zbog sve većeg onečišćenja okoliša uslijed urbanog načina života, te veće potrebe za novim, obnovljivim i ekološki prihvatljivim načinima dobivanja energije i proizvoda koje koristimo u svakodnevnom životu, logički se nameće rješenja ovog problema tražiti u prirodi, u vidu lako dostupnih i obnovljivih sirovina.
Vinska kiselina poznati je prirodni spoj još od davnina, kako kemijskoj tako i prehrambenoj industriji. S obzirom na dostupnost, nisku cijenu, netoksičnost i prirodnu pojavu u enantiomerno čistom obliku, L-(+)-vinska kiselina bi kao kiralna građevna jedinica mogla naći mnogo širu primjenu u razvoju i pripremi molekulskih anorgansko-organskih materijala. S obzirom na to da molekulski spojevi kao nova klasa materijala nude neka nova i uzbudljiva svojstva koja bi mogla omogućiti tehnološki napredak elektroničkih uređaja znanstvenici istražuju načine kojima se ovi materijali prilagođavaju promjenama u okolišu prilagođavajući svoja svojstva.
Grupa za molekulske feroelektrike iz Laboratorija za sintezu novih materijala, koju čine mag. chem. Marko Dunatov, dr. sc. Andreas Puškarić i dr. sc. Lidija Androš Dubraja, provela je istraživanja na kompleksnim spojevima vanadija(V) s vinskom kiselinom, te je došla do zanimljivih spoznaja o dinamici i faznim promjenama kroz koje kompleksna sol tetraetilamonijevog (L-tartarato)vanadata(V) prolazi uslijed djelovanja vanjskih čimbenika.
''Istražujući ovaj materijal uvidjeli smo da prolazi višestruke i reverzibilne strukturne transformacije koje uključuju velike promjene u volumenu jedinične ćelije, a prilikom kojih uređenost strukture ostaje netaknuta tijekom cijelog procesa. Strukturne transformacije posredovane su promjenom temperature i/ili relativne vlažnosti u relativno uskom području u razini promjena atmosferskih prilika, a posljedica su izlaska molekula vode iz strukture'', objašnjava dr. sc. Lidija Androš Dubraja, dopisna autorica na radu te dodaje kako je niska energetska barijera za reverzibilno oslobađanje i preuzimanje molekula vode iz atmosfere odnosno plinovitog u čvrsto stanje, odnosno kompleksni spoj, izravna posljedica fleksibilnosti kristalnog pakiranja, koje je u najvećoj mjeri kontrolirano intermolekulskim interakcijama posredovanih upravo solima vinske kiseline.
Takvi mekani materijali, čija se svojstva mogu fino podesiti vanjskim okidačima i okruženjima, u posljednje vrijeme privlače sve više pažnje zbog potencijalne upotrebe u uređajima kao senzori.
''Fascinantno je da ovaj kompleksni spoj s gotovo istim kemijskim sastavom, prolazi kroz strukturne transformacije koje uključuju samo gubitak molekula vode, dok se njegova električna svojstva mijenjaju drastično: od protonskog vodiča, do feroelektrika i u konačnici izvrsnog termistora. Sve su to svojstva koja su bitna za bolje performanse uređaja i razvoj novih tehnologija, od područja optike do elektronike'', navodi doktorand Marko Dunatov, prvi autor na radu.
Ovaj uistinu multifunkcionalan materijal, pokazao je i dodatno pametno svojstvo, tzv. mogućnosti samoregeneracije uz utjecaj vanjskih i blagih stimulansa, što je od velike važnosti za samoodrživost i ekološki aspekt razvoja novih materijala.
Rezultati su objavljeni u uglednom časopisu Journal of Materials Chemistry C, a istraživanje je provedeno u sklopu uspostavnog projekta 'Metal-organski molekulski materijali kao potencijalni feroelektrici' koji financira Hrvatska zaklada za znanost te vodi dr. sc. Lidija Androš Dubraja.