교토대학의 고등연구원물질-세포통합시스템거점(iCeMS)의 키타가와진거점장의 연구그룹은 아일랜드 및 미국의 연구그룹과 공동으로 이산화탄소와 일산화탄소를 흡수하여 형태를 바꾸고, 또한 그 형상을 기억하는 부드러운 다공질 결정의 개발에 성공했다.다양한 기체(가스)의 효율적인 저장과 분리를 가능하게 하는 신소재로 이어지는 성과다.
일단 기억한 형상을 유지하는 재료를 형상 기억 재료라고 하며, 과열 등의 처리를 하지 않는 한 그 형상을 계속 기억한다.재료에는 금속 합금 등이 사용된다.안경 프레임이나 의료 재료 등 용도는 넓다.이번 연구에서는 가스 분자를 흡착하여 형상 기억 현상을 나타내는 다공질 결정의 합성에 성공하여, 그 기억의 메카니즘을 처음으로 밝혔다.
이 다공질 결정은 유기 분자와 금속 이온이 결합하여 정글 짐 형상으로 조립된 네트워크 구조를 갖고, 내부에 무수한 나노 사이즈의 세공이 있다.가스를 흡착하기 전에는 정글 짐이 왜곡되어 세공이 닫혀 있지만, 이산화탄소 등의 가스 분자를 흡수하면 변형되어 세공이 열리고, 가스를 배출해도 세공은 닫히지 않는다.즉, 정글 짐 결정은 일단 가스를 빨아들이면 그 형상을 기억한다.그러나 120도 이상까지 가열하면 원래의 닫힌 형상으로 되돌릴 수 있다.이 성질을 이용하면, 가스를 흡입시키고 싶을 때에는 열어 두고, 흡입시키고 싶지 않을 때에는 닫아 두는 등의 세공의 제어가 용이하게 되어, 복잡한 가스 분리 프로세스를 가능하게 하는 것으로 생각된다.
지금까지 수수께끼가 많았던 형상 기억 결정의 메카니즘이 해명됨으로써, 동일한 성질을 나타내는 다양한 소재의 개발로 이어진다.이산화탄소 등 다양한 가스의 분리나 저장 등 어려운 문제를 해결하는 신소재에의 응용이 기대된다.
