Содержание

Недавно синтезированные металлоорганические каркасные структуры (Metal-Organic Frameworks, MOFs) – пористые регулярные наноструктуры, отличительной особенностью которых является высокая чувствительность к внешним воздействиям и возможность модульной перестройки их строения. В отличие от большинства пористых твердых тел, благодаря возможности деформаций связей и входящих в в их состав органических молекул-линкеров MOFs являются "мягкими" кристаллическими материалами, обладающими малыми значениями объемных и сдвиговых упругих постоянных. Следствием этой "мягкости" кристаллической структуры является ряд наблюдаемых в них необычных свойств, таких, как отрицательные коэффициенты теплового расширения, структурные фазовые переходы и даже возникновение фазы стекла. Понимание механизмов этих процессов принципиально важно для развития практических приложений "мягких" пористых структур.

Уникальным свойством MOFs является сильное влияние адсорбированной в них жидкости на фононную подсистему. Это связь может варьироваться в широких пределах как в зависимости от типа адсорбированных молекул, так и от степени заполнения пор, что приводит к изменению свойств системы от частично упорядоченного твердого тела до квазижидкости. В связи с этим можно ожидать, что процессы адсорбции в MOFs могут приводить к сильным изменениям их упругих свойств и фазовым переходам, связанным с перестройками фононной подсистемы.

В то же время исследования колебаний решетки MOFs в настоящее время только начаты. Их роль в управлении механическими свойствами (податливость, упругость) и фононными (смещающими) фазовыми переходами не совсем понятна. Настоящее проектное предложение в первую очередь касается исследования низкочастотных колебательных мод решетки в типичных модельных системах MOF и их влияния на редкие явления, такие как отрицательное тепловое расширение и связанные с ними фононные фазовые переходы в MOF.

Предполагаемые модельные материалы будут отбираться таким образом, чтобы определить: а) роль структурных элементов MOFs; б) роль симметрии и топологии структуры -- в формировании фононного спектра. В качестве экспериментальных методов исследования динамики решетки будут использованы взаимно дополняющие методики: а) спектроскопия комбинационного рассеяния, ИК-спектроскопия и рассеяние Мандельштама-Бриллюэна в зависимости от температуры и давления in situ; б) рентгеноструктурный анализ при различных температурах; в) спектроскопия неупругого рассеяния нейтронов -- в сочетании с численным моделированием при интерпретации результатов. Детальный экспериментально-теоретический анализ колебательного спектра модельных MOFs обеспечит основу понимания формировании термомеханических свойств и из связь с фононной подсистемой.