Origami molecular: un gran avance en materiales dinámicos
El origami, tradicionalmente asociado al plegado de papel, ha trascendido sus orígenes artesanales para influir en campos tan diversos como el arte, la ciencia, la ingeniería y la arquitectura. Recientemente, los principios del origami se han extendido a la tecnología, con aplicaciones que abarcan desde las células solares hasta los dispositivos biomédicos. Aunque se han explorado materiales inspirados en el origami a diversas escalas, aún queda por resolver el reto de crear materiales moleculares basados en teselaciones de origami. Un equipo de investigadores dirigido por Wonyoung Choe, catedrático del Departamento de Química del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) (Corea del Sur), ha dado a conocer un notable avance en forma de marco orgánico metálico (MOF) bidimensional (2D) que presenta un movimiento sin precedentes de origami a nivel molecular.
(Círculo superior izquierdo) Eunji Jin, primera autora del estudio. Desde la fila superior izquierda, Junghye Lee, la profesora invitada Eunyoung Kang, Joohan Nam y Hyeonsoo Cho. Desde la fila inferior izquierda: Wonyoung Choe, Seung Kyu Min e In Seong Lee.
UNIST
Los marcos metalorgánicos (MOF) son conocidos desde hace tiempo por su flexibilidad estructural, lo que los convierte en una plataforma ideal para materiales basados en la teselación origami. Sin embargo, su aplicación en este contexto está aún en sus primeras fases. Con el desarrollo de un MOF 2D basado en el teselado origami, el equipo de investigación ha logrado un hito significativo. Los investigadores utilizaron difracción de rayos X monocristalina de sincrotrón dependiente de la temperatura para demostrar el comportamiento de plegado tipo origami del MOF 2D en respuesta a los cambios de temperatura. Este comportamiento muestra una expansión térmica negativa y revela un patrón de teselación origami único, nunca visto hasta ahora a nivel molecular.
La clave de este avance reside en la elección de los MOF, que incorporan bloques estructurales flexibles. La flexibilidad inherente permite el movimiento tipo origami observado en el MOF 2D. El estudio destaca la topología de red deformable de los materiales. Además, se destaca el papel de los disolventes en el mantenimiento del empaquetamiento entre estructuras 2D en los MOF, ya que afecta directamente al grado de plegamiento.
"Esta investigación pionera abre nuevas vías para los materiales inspirados en el origami a nivel molecular, introduciendo el concepto de MOFs origámicos. Los hallazgos no sólo contribuyen a comprender el comportamiento dinámico de los MOF, sino que también ofrecen aplicaciones potenciales en metamateriales mecánicos", señaló el profesor Wonyoung Choe. Además, destacó el potencial del control molecular del movimiento del origami como plataforma para diseñar materiales avanzados con propiedades mecánicas únicas. El estudio también sugiere interesantes posibilidades de adaptar los MOF de origami a aplicaciones específicas, como los avances en computación cuántica molecular.
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Publicación original
Eunji Jin, In Seong Lee, D. ChangMo Yang, Dohyung Moon, Joohan Nam, Hyeonsoo Cho, Eunyoung Kang, Junghye Lee, Hyuk-Jun Noh, Seung Kyu Min, and Wonyoung Choe, “Origamic Metal-Organic Framework toward Mechanical Metamaterial,” Nature Communctions, (2023).
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