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所有的晶體特性都是脆性和非彈性的嗎?一種新型的智能可彎曲的晶體有機材料對這一觀點提出了挑戰(zhàn)。現(xiàn)在,科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)計出了一種分子軟共晶結(jié)構(gòu)材料,這種材料在高溫、機械力或紫外光的刺激下可以進行可逆地彎曲和扭曲而不會分裂。正如作者在Angewandte Chemie雜志上報道的那樣,這種多功能性質(zhì)使其成為先進分子電子學(xué)和其他新材料的候選材料。
晶體結(jié)構(gòu)可以很有彈性。這個概念是在十年前第一個動態(tài)和適應(yīng)性分子晶體被報道后才出現(xiàn)的。能夠彎曲而不分裂的晶體材料在微機器人、柔性電子器件和光學(xué)設(shè)備中都十分有吸引力。現(xiàn)在,由印度Meghalaya國家技術(shù)研究院的Naba Kamal Nath和阿拉伯聯(lián)合酋長國阿布扎比紐約大學(xué)的Pan?e Naumov領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家小組將單晶的界限推向了一個更高的位置。他們開發(fā)了一種分子軟晶體,它分別在加熱和冷卻時扭曲和解開,在紫外線下進行可逆地彎曲,并在機械力的作用下發(fā)生變形和改變。此外,科學(xué)家指出,晶體中的裂紋可以通過熱循環(huán)自行愈合。
分子有機晶體的結(jié)晶性來源于分子層的堆積。這些層是通過分子間的相互作用(如氫鍵、疏水作用或芳香環(huán)間的相互作用)保持在適當(dāng)位置的。Naumov和Nath制備的晶體含有兩種不同的分子,一種是用于增加尿酸排泄的藥物化合物丙磺舒,另一種是4,4'-氮雜吡啶,它是一種雜芳族偶氮化合物,當(dāng)用紫外光照射時會從伸長狀態(tài)變?yōu)楦訌澢臉?gòu)象。由這兩種分子形成的單晶體由層疊的二維層組成,呈縱橫排列。
作者發(fā)現(xiàn),加熱使這種結(jié)構(gòu)發(fā)生了相變,輕微的重排形成了不同的堆積角。長而薄的結(jié)晶纖維片扭曲,但不是永久的,冷卻會使其恢復(fù)原來的分子順序,使板材再次變直。此外,機械彎曲可能不會造成其開裂,并且在紫外光照射下會引起快速、可逆的彎曲。
該材料不僅結(jié)合了加熱可逆扭曲、機械力引起的彈性彎曲和紫外光作用下的快速、可逆彎曲三種功能,而且還能自行愈合。作者報道,當(dāng)晶體在室溫和高溫之間循環(huán)時,裂縫和小裂紋會消失。
這些效應(yīng)意味著有機晶體有著顯著的多功能性。因此,它被認為是用于下一代固態(tài)半導(dǎo)體、柔性電子學(xué)和其它技術(shù)中的有用材料,人們希望同時實現(xiàn)看似矛盾的力學(xué)性能。 |