Adsorción isoterma negativa

Dibujo20160407 negative gas adsorption transitions nature17430-f1

Las isotermas de adsorción son curvas monotónas crecientes en función de la presión. Parecía un fallo instrumental, pero era repetible. La sorpresa se ha publicado en Nature. La isoterma de adsorción en DUT-49 del metano a 111 K no es una curva monótona; decrece bruscamente a unos 10 kPa. Tampoco lo es la isoterma de adsorción en DUT-49 del n-butano a 298 K que decrece bruscamente a unos 30 kPa.

La razón de la adsorción isoterma negativa del material poroso DUT-49 es una transición en su estructura microporosa. La conformación del material cambia de la llamada DUT-49 op a la llamada DUT-49 cp. Este cambio estructural provoca una histéresis en la curva de adsorción isoterma. Un fenómeno en contra de la intuición (similar a la expansión térmica negativa y a los índices de refracción negativos en los metamateriales) que promete múltiples aplicaciones prácticas.

El artículo es Simon Krause, Volodymyr Bon, […] Stefan Kaskel, “A pressure-amplifying framework material with negative gas adsorption transitions,” Nature (06 Apr 2016), doi: 10.1038/nature17430.

Dibujo20160407 Structure of DUT-49op and DUT-49cp nature17430-f3

Esta figura ilustra el cambio de conformacion entre el DUT-49 op (a) y el DUT-49 cp (e). El cambio en el tamaño de los poros a cierta presión provoca una desadsorción que destruye la monotonía de la curva isoterma. Usando simulaciones por ordenador del cambio estructural en el DUT-49 (observado mediante difracción de rayos X en un sincrotrón) se ha podido validar la hipótesis sobre la causa de la adsorción isoterma negativa.

El nuevo fenómeno físico de la adsorción isoterma negativa no había sido observado hasta ahora. Muchos otros materiales microporosos también podrían presentar este fenómeno. Sus aplicaciones tecnológicas son muy variadas. Como el diseño de sistemas microneumáticos sensibles a cierto umbral de presión, sistemas de actuadores mecánicos que de forma selectiva respondan a ciertos estímulos del entorno, o incluso sistemas capaces de transformar en presión los grandes esfuerzos latentes en su microestructura porosa.


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