Российские физики создали материал, который меняет свойства под воздействием солнца

Молекулярная губка с памятью

В основе разработки лежат пористые наночастицы так называемых металл-органических каркасов — MOF (от английского metal-organic frameworks). По своей природе это соединения, напоминающие крошечные молекулярные губки: их внутреннее пространство пронизано порами, через которые могут проникать различные вещества. Именно размер и форма этих пор определяют, что именно материал способен «впустить» или «задержать» внутри себя. Исследование опубликовано в журнале Microporous and Mesoporous Materials.

Ключевое новшество российских учёных состоит в том, что поверхность этих наночастиц была модифицирована особыми молекулами — спиропиранами. Спиропираны — это фотохромные соединения, то есть вещества, способные обратимо изменять свою молекулярную конфигурацию под действием световых волн. Грубо говоря, при ультрафиолетовом или солнечном освещении молекула «раскрывается» и меняет свою форму, а в темноте — «закрывается» обратно. Это происходит снова и снова, без деградации материала.

Результат оказался впечатляющим: учёным удалось создать систему, в которой размер пор «губки» можно регулировать буквально лучом света — без химических реагентов, без нагрева, без механического воздействия.

Почему это важно прямо сейчас

Мир переживает энергетический переход. Водород всё активнее рассматривается как топливо будущего — чистое, мощное, возобновляемое. Однако одна из главных нерешённых проблем водородной энергетики — это безопасное и эффективное хранение этого газа. Водород крайне летуч и взрывоопасен; существующие решения либо слишком громоздки, либо недостаточно надёжны.

Именно здесь новый материал открывает неожиданные перспективы. Светочувствительный MOF способен выступать в роли «умного затвора»: поры открываются для поглощения водорода или его высвобождения строго по команде — в данном случае световой. Это означает:

• повышенную безопасность — материал не выпускает газ бесконтрольно;
• точное управление хранением и подачей топлива без сложной механики;
• компактность — нет необходимости в громоздких клапанах и системах давления;
• энергоэффективность — управление осуществляется светом, а не электричеством или теплом.

Электроника, которая видит окружающий мир

Второе крупное направление применения — адаптивная электроника. Сегодня устройства приспосабливаются к условиям окружающей среды за счёт датчиков и программного обеспечения. Но новый материал предлагает иной подход: сама физическая структура компонента меняется в ответ на свет, без каких-либо алгоритмов и процессоров.

Это открывает путь к принципиально новому классу устройств — тех, что реагируют на среду на материальном уровне. Сенсоры, переключатели, фильтры и даже элементы памяти могут быть построены на основе такого материала, существенно упрощая архитектуру электронных систем и снижая их энергопотребление.