Istraživački projekt Akrobacije molekulskih kristala - termoodskočni materijali za novu generaciju aktuatora

Trajanje projekta: 01.07.2015.-30.06.2018.

Sažetak


Ciljano dizajniranje novih aktuatorskih materijala, koji su u stanju pružiti odgovor na vanjsku pobudu (toplinsku ili svjetlosnu) u obliku brzog, revezibilnog i kontroliranog mehaničkog kretanja trenutno predvodi istraživanja u znanosti o materijalima. Među takvim materijalima, nekoliko slučajno otkrivenih primjera kristala koji skaču za vrijeme grijanja, do daljina nekoliko tisuća puta većih od njihovih dimenzija u vremenu kraćem od 1 ms, pružaju impresivan prikaz pretvorbe toplinske energije u mehanički rad. Takvi termoodskočni (eng. thermosalient) kristali su biomimetički, nepolimerni samo-aktuatori par excellance. Ipak, zbog ekskluzivnosti ovog fenomena, i također zbog izuzetne složenosti analitičke metodologije za njegovu karakterizaciju, razlozi koji izazivaju ovu kolosalnu samo-aktuaciju ostaju nerazjašnjeni.

Unutar projekta, odredit će se razlog postojanja termoodskočnog efekta u odabranim sustavima organskih molekulskih kristala (trans, trans, anti, trans, trans perhidropiren, L-piroglutamska kiselina te N’-2-propiliden-4-hidroski-benzohidrazid) koji su već poznati u literaturi, ali su još nerazjašnjeni. Nadalje, istraživanja će se proširiti na skupinu spojeva dobivenu odabranim i pažljivim modificiranjem spojeva za koje je efekt prethodno ustanovljen. Za očekivati je da će termoodskočni efekt biti izuzetno osjetljiv na suptilne promjene u kemijskom sastavu stoga će se omogućiti određivanje uvjeta za modeliranje novih materijala s termoodskočnim svojstvima.

S ciljem elucidacije termoodskočnog fenomena, ovaj projekt predstavlja prvi sustavni pokušaj određivanje međuigre između termodinamičkih, kinematičkih, strukturnih i makroskopskih faktora termoodskočnog efekta pomoću difrakcijskih (XRD), mikroskopskih (hot-stage), spektroskopskih (FTIR, UV/VIS) i termičkih (DTA/DSC/TG) tehnika. Ispitivani sustavi također će se izučavati kvantomehaničkim modeliranjem (DFT).

Članovi projektnog tima


  1. Lidija Androš

  2. Vito Despoja

  3. José Fernandes

  4. Teodoro Klaser

  5. Panče Naumov

  6. Željko Skoko (PI)

  7. Zoran Štefanić

Obavijesti (u zadnjih 24 mjeseca):


  1. -Rujan 2016: Željko Skoko je održao plenarno predavanje na 24th Croatian - Slovenian Crystallographic Meeting, Bol, Hrvatska

  2. -Listopad 2016: pridružio nam se Teodoro Klaser, HRZZ-ov doktorand

  3. -Prosinac 2016: Igor Đerđ je predstavio rezultate naših istraživanja na 14th Conference of the Asian Crystallographic Association, Hanoi, Vietnam

- Veljača 2017: pridružio nam se José Fernandes, poslijedoktorand

  1. -Ožujak 2017: Jasminka Popović je održala pozvano predavanje na temu termoodskočnih materijala na Hong Kong University, Hong Kong

  2. -Travanj 2017: Željko Skoko je održao predavanje i predstavio najnovije rezultate istraživanja na British CrystallographicvAssociation Spring Meeting, Lancaster, UK

  3. -Travanj 2017: Jasminka Popović je održala pozvano predavanje na skupu Suvremena Kristalografija u Hrvatskoj, Poreč, Hrvatska

  4. -Lipanj 2017: Jasminka Popović je održala izlaganje na The 6th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies, Fukui, Japan

  5. -Lipanj 2017: José Fernandez je održao izlaganje i predstavio svoj rad u okviru projekta na 25th Slovenian-Crystallographic Meeting, Ljubljana, Slovenia

  6. -Lipanj 2017: Teodoro Klaser je održao izlaganje na 25th Slovenian-Crystallographic Meeting, Ljubljana, Slovenia

  7. -Lipanj 2017: Željko Rapljenović i Luka Vanjur su dobitnici Rektorove nagrade za njihov rad “Kada molekulski kristali izvode akrobacije - primjer Oksitropijum bromida i Skopolamin metil bromida”

  8. -Kolovoz 2017: Željko Skoko održao pozvano predavanje na godišnjoj skupštini IUCR-a (International Union of Crystallography) u Hyderabadu, Indija

  9. -Teodoro Klaser je održao postersku prezentaciju pod naslovom „Nanoworld of acrobatic crystals – thermosalient effect (example of Scopolamine bromide)“ na 13 th Multinational Congress on Microscopy koji se održao od 24. do 29. rujna 2017. u Rovinju.

  10. -Teodoro Klaser je održao pozvano predavanje pod naslovom „Thermosalient mystery“ na 25 th Inernational Scientific Meeting on Vacuum Science and Techniqe koji se održao od 17. do 18. svibnja 2018. u Gozd Martuljku (Slovenija).

  11. -José Fernandes je održao usmeno izlaganje pod naslovom „Thermosalient Behavior on the Dehydration of Scopolamine Bromide Hydrate“ na 26 th Croatian-Slovenian Crystallographic Meeting koji se održao od 13. do 17. lipnja u Poreču.

  12. -Teodoro Klaser je održao usmeno izlaganje pod naslovom „Is the thermosalient effect without phase transition possible?“ na 26 th Croatian-Slovenian Crystallographic Meeting koji se održao od 13. do 17. lipnja u Poreču.


Publikacije:


  1. -Objavljen je rad u časopisu Crystal Growth&Design u kojem je prvi put termoodskočni efekt karakteriziran i teorijskom (DFT) analizom: link

  2. -Objavljen je rad u časopisu Crystals u kojem je prvi put prikazan termoodskočni efekt bez faznog prijelaza: link


Zahvala


Ovaj rad je financirala Hrvatska zaklada za znanost projektom IP-2014-09-7506