Organiske krystaller twist, bøje, og helbrede

Er krystaller skøre og uelastiske? En ny klasse af smart, bøjelige krystallinske organiske materialer har udfordret denne opfattelse. Nu, forskere har konstrueret en molekylær blød kokrystallinsk struktur, der bøjer og vrider sig reversibelt og uden opløsning, når det stimuleres af høj temperatur, mekanisk kraft, eller under UV-lys. Denne multifunktionelle kvalitet gør den til en robust kandidat til avanceret molekylær elektronik og andre nye materialer, som forfatterne rapporterede i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Krystalstrukturer kan være ret elastiske. Denne opfattelse er først dukket op for nylig, efter de første dynamiske og adaptive molekylære krystaller blev rapporteret for ti år siden. Krystaller, der kan bøjes uden nedbrydning, er attraktive materialer i mikrorobotik, fleksibel elektronik, og optiske enheder. Nu, et team af forskere ledet af Naba Kamal Nath ved National Institute of Technology, Meghalaya, Indien, og Panče Naumov ved New York University, Abu Dhabi, De Forenede Arabiske Emirater har rykket grænserne for enkeltkrystaller lidt længere. De udviklede en molekylær blød krystal, der vrider sig og vrider sig ved opvarmning og afkøling, bøjer reversibelt under UV-lys, og deformerer og reformerer, der reagerer på mekanisk kraft. I øvrigt, revner i krystallerne heler sig selv over termisk cykling, bemærkede forskerne.

Krystalliniteten af ​​molekylære organiske krystaller opstår fra pakningen af ​​molekylelagene. Disse lag holdes på plads af intermolekylære interaktioner såsom hydrogenbinding, hydrofob interaktion, eller interaktioner mellem aromatiske ringe. Krystallerne Naumov og Nath fremstillede indeholdt to forskellige molekyler, probenecid, en lægemiddelforbindelse ordineret til at øge udskillelsen af ​​urinsyre, og 4, 4'-azopyridin, en heteroaromatisk azoforbindelse, der vides at ændre sig fra en aflang til en mere bøjet konformation, når den bestråles med UV-lys. Enkeltkrystallerne dannet af disse to molekyler består af stablede 2-D lag i kryds og tværs.

Opvarmning, så forfatterne fandt, forårsagede en faseændring i denne struktur, en lille omlægning, der fører til forskellige pakningsvinkler. Den lange, tynd krystal fibrøs plade snoet. Men ikke for evigt. Køling bragte sin oprindelige molekylære orden tilbage, og lagen rettede sig op igen. Ud over, mekanisk bøjning var mulig uden revner, og bestråling med UV-lys forårsagede hurtig, reversibel bøjning.

Ikke kun havde materialet kombineret tre funktionaliteter - reversibel vridning ved opvarmning, elastisk bøjning forårsaget af mekanisk kraft, og hurtig, reversibel bøjning under UV -lys - men det helbredte også sig selv:Forfatterne rapporterede, at splittelser og små revner forsvandt, da krystallen blev cyklet mellem stuetemperatur og forhøjede temperaturer.

Disse effekter svarer til en bemærkelsesværdig multifunktionalitet af den organiske krystal. Det anbefales derfor som en værdifuld kandidat til næste generation af halvledere i fast tilstand, fleksibel elektronik, og andre teknologier, hvor en kombination af tilsyneladende modstridende mekaniske egenskaber ønskes.