L'origami moléculaire : une percée dans les matériaux dynamiques

20.12.2023

L'origami, traditionnellement associé au pliage du papier, a transcendé ses origines artisanales pour influencer un large éventail de domaines, notamment l'art, la science, l'ingénierie et l'architecture. Récemment, les principes de l'origami ont été étendus à la technologie, avec des applications allant des cellules solaires aux dispositifs biomédicaux. Si les matériaux inspirés de l'origami ont été explorés à différentes échelles, le défi de créer des matériaux moléculaires basés sur des tessellations d'origami est resté entier. Pour relever ce défi, une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Wonyoung Choe du département de chimie de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST), en Corée du Sud, a dévoilé une avancée remarquable sous la forme d'un cadre métal-organique (MOF) bidimensionnel qui présente un mouvement sans précédent à l'image de l'origami au niveau moléculaire.

Les cadres métallo-organiques (MOF) sont depuis longtemps reconnus pour leur flexibilité structurelle, ce qui en fait une plate-forme idéale pour les matériaux basés sur les tessellations de l'origami. Toutefois, leur application dans ce contexte n'en est qu'à ses débuts. Grâce au développement d'un MOF 2D basé sur la tessellation d'origami, l'équipe de recherche a franchi une étape importante. Les chercheurs ont utilisé la diffraction synchrotron des rayons X en monocristal en fonction de la température pour démontrer le comportement de pliage en origami du MOF 2D en réponse aux changements de température. Ce comportement met en évidence une expansion thermique négative et révèle un motif de tessellation d'origami unique, jusqu'alors inédit au niveau moléculaire.

La clé de cette percée réside dans le choix des MOF, qui intègrent des blocs de construction structurels flexibles. La flexibilité inhérente permet le mouvement semblable à celui d'un origami, observé dans le MOF 2D. L'étude met en évidence la topologie nette déformable des matériaux. En outre, le rôle des solvants dans le maintien de l'empaquetage entre les structures 2D dans les MOF est souligné, car il affecte directement le degré de pliage.

"Cette recherche innovante ouvre de nouvelles voies pour les matériaux inspirés de l'origami au niveau moléculaire, en introduisant le concept de MOFs origamiques. Les résultats contribuent non seulement à la compréhension du comportement dynamique des MOF, mais offrent également des applications potentielles dans les métamatériaux mécaniques", a noté le professeur Wonyoung Choe. Il a également souligné le potentiel du contrôle au niveau moléculaire du mouvement des origamis, en tant que plateforme pour la conception de matériaux avancés dotés de propriétés mécaniques uniques. L'étude suggère également des possibilités intéressantes pour adapter les MOF origamiques à des applications spécifiques, y compris des avancées dans le domaine de l'informatique quantique moléculaire.

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Publication originale

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).

https://www.chemeurope.com/fr/news/1182328/l-origami-moleculaire-une-percee-dans-les-materiaux-dynamiques.html