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。現在,科學家們已經設計出了一種分子軟共晶結構材料,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,這種多功能性質使其成為先進分子電子學和其他新材料的候選材料。
晶體結構可以很有彈性。這個概念是在十年前第一個動態和適應性分子晶體被報道后才出現的。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設備中都十分有吸引力。現在,由印度Meghalaya國家技術研究院的Naba Kamal Nath和阿拉伯聯合酋長國阿布扎比紐約大學的Pan?e Naumov領導的一個科學家小組將單晶的界限推向了一個更高的位置。他們開發了一種分子軟晶體,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生變形和改變。此外,科學家指出,晶體中的裂紋可以通過熱循環自行愈合。
分子有機晶體的結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、疏水作用或芳香環間的相互作用)保持在適當位置的。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,當用紫外光照射時會從伸長狀態變為更加彎曲的構象。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。
作者發現,加熱使這種結構發生了相變,輕微的重排形成了不同的堆積角。長而薄的結晶纖維片扭曲,但不是永久的,冷卻會使其恢復原來的分子順序,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,當晶體在室溫和高溫之間循環時,裂縫和小裂紋會消失。
這些效應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半導體、柔性電子學和其它技術中的有用材料,人們希望同時實現看似矛盾的力學性能。 |