Porowate kryształy o specjalnej strukturze mają olbrzymią powierzchnię i są świetnym materiałem do przechowywania gazu. Zachowują się jak supergąbka, dzięki niezliczonej liczbie maleńkich otworów. W takich tworzywach można magazynować paliwo gazowe, ale też dwutlenek węgla w instalacjach przechwytywania go z powietrza. Substancje tego typu to również świetny materiał na katalizatory różnych reakcji, czujniki chemiczne i rozmaite urządzenia medyczne (służące na przykład do podawania leków).
Pytanie jednak, jaka dokładnie struktura nanoporów w takim krysztale będzie optymalna do konkretnych zastosowań. W grę wchodzą miliony możliwości.
Na łamach magazynu "Nature Chemistry" opublikowano pracę na temat syntezy nowych kryształów-gąbek. Praca jest już dostępna w internecie, a w lutowym, drukowanym wydaniu pojawi się na okładce pisma.
Dotychczas tego typu nowe substancje odkrywano na różne sposoby. Trzy lata temu w "Science" opublikowano pracę, której autorzy zastosowali metody wynajdywania nowych substancji znane z przemysłu farmaceutycznego (na zdjęciu kilkanaście z odkrytych wówczas tą metodą związków). Szukając absorbentów dla ditlenku węgla, naukowcy przeprowadzili tysiące reakcji.
Tym razem naukowcy odkryli nowe kryształy nie w probówce, ale w pamięci komputera. Najwyraźniej odechciało im się metody prób i błędów.
- Nasze możliwości w dziedzinie syntezy rozmaitych materiałów docierają już do punktu, w którym jesteśmy w stanie stworzyć niemal każdą substancję. I pojawia się pytanie, jakie związki warto syntetyzować - wyjaśnia prof. Randall Q. Snurr z Northwestern University.
Student profesora Christopher E. Wilmer opracował nowy algorytm, który dostarcza rozwiązań bez konieczności przeprowadzania niezliczonych reakcji. Komputer jest w stanie zaprojektować takie kryształy, które najbardziej będą się nadawać do przechowywania metanu pod wysokim ciśnieniem w temperaturze pokojowej. Żeby wybrać 300 najlepszych kandydatów do tego zadania, program Wilmera przeanalizował prawie 140 tys. hipotetycznych kryształów. To kilkanaście razy więcej niż wszystkie dotychczas odkryte substancje tego typu.
- Naukowcy tworzą nowe materiały, opierając się na własnych wyobrażeniach na temat tego, jak mogłaby wyglądać struktura atomowa - wyjaśnia Wilmer. - Mój algorytm znacznie przyspiesza ten proces, przeprowadzając takie eksperymenty myślowe w pamięci superkomputera.
Maszyna nie tylko więc wygenerowała mnóstwo możliwych rozwiązań, ale je wszystkie poddała wstępnej ocenie. Później w laboratorium okazało się, że wybrane kryształy mają właściwości, jakie przewidział komputer.
Dalsze badania tego typu mogą znacznie przyspieszyć produkcję nowych materiałów, bo likwidują wąskie gardło najżmudniejszych testów - tych, w których większość eksperymentów kończy się fiaskiem i narastającą frustracją. Komputer zostawia laborantowi do sprawdzenia tylko te dobrze rokujące przypadki.
O ileż przyjemniejsza to praca!
