Koblingsstabel-drevne molekylære tandhjul i krystaller kunne drive materialeinnovation frem
Gear er en væsentlig komponent i hverdagsmaskiner. Evnen til at skifte gear, som i en bil, giver mulighed for kontrol af graden eller retningen af den genererede bevægelse, hvilket gør maskinerne mere alsidige.
Nu har et hold ledet af forskere ved Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) ved Hokkaido University rapporteret om en ny designstrategi til realisering af tandhjul i molekylstørrelse i krystaller og det første eksempel på kontrollerbar molekylær gearskifte i et fast stof materiale.
De udviklede et krystallinsk materiale, der indeholder tandhjulslignende molekyler, der reversibelt kan skiftes mellem to typer bevægelse. Designprincippet giver en plan for udvikling af alsidige, nye materialer. Undersøgelsen er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .
Forskere brugte et tandhjulsformet molekyle kaldet triaryltriazin, som har en midtertriazinring med tre phenylenringe knyttet til sig - som fungerer som tænderne på et tandhjul. Ved at fastgøre voluminøse, stationære molekyler til phenylenringene inducerede forskere et "koblingsstabel"-arrangement, hvor tilstødende triaryltriazinmolekyler roteres 60° fra hinanden i stedet for at stables i samme orientering.
"Designet af koblingsstakken var inspireret af det mekaniske maskinsystem i koblingen i en bil," sagde lektor Mingoo Jin.
De vedhæftede stationære molekyler skabte også plads nok til, at de tre phenylenringe kunne rotere mellem to positioner i en flagrende bevægelse. Koblingsstabel-arrangementet af triaryltriazin-molekylerne gjorde det muligt for tilstødende molekyler at hægte sig på hinanden, mens phenylenringene roterede, ligesom sammenlåsende gear. Dette resulterede i den korrelerede bevægelse af alle molekylerne i stakken.
Når temperaturen blev hævet over en vis tærskel, blev der observeret en anden korreleret bevægelse, hvor phenylenringe undergik en 180° rotation. Denne ændring i bevægelse blev tilskrevet en faseovergang i krystallen, der skabte mere plads mellem tilstødende molekyler, hvilket gav phenylenringene mere plads til at rotere.
Forskere fandt ud af, at denne ændring i bevægelse kunne vendes ved at afkøle krystallen, hvilket markerer første gang, at en sådan kontrollerbar molekylær bevægelse er blevet observeret i et fast stof. Effekten af det molekylære gearskifte kunne finjusteres ved at justere størrelsen og strukturen af det stationære molekyle, der er knyttet til tandhjulsmolekylet. Denne justerbarhed åbner døren til udviklingen af nye funktionelle materialer, der udnytter krystallinske molekylære maskiner.
"Den næste retning for vores forskning ville være at bruge gearet molekylær bevægelse i krystaller til at manipulere forskellige fysiske egenskaber af faststofmaterialer, såsom lysemission eller termisk adfærd," sagde Jin.
Flere oplysninger: Mingoo Jin et al., A Steric-Repulsion-Driven Clutch Stack of Triaryltriazines:Correlated Molecular Rotations and a Thermoresponsive Gearshift in the Crystalline Solid, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c08909
Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society
Leveret af Hokkaido University
Varme artikler
-
Forskere skabte spiselige film til fødevareemballageRammohan Aluru (til venstre) og Grigory Zyryanov (til højre) i forskningsgruppen skabte spiselige madfilm på tangen. Kredit:UrFU / Andrei Fomin En international gruppe af forskere fra Indien og Ru -
Gør almindelig mad ekstraordinærSidsteårs FST-studerende Chew Ding Xiang holder en flaske højtryksforarbejdet bok choyjuice. Denne forbedrede version bevarer næringsstoffer godt, og bevarer grøntsagernes smag. Kredit:National Univer -
Gør en god ting bedre:En syretest, der ikke vil drukne i vandMichigan Tech kemikere dyrkede levende celler under forskellige pH-forhold, behandlede dem med et nyt fluorescerende cyaninfarvestof og fangede deres billeder under forskellige lysfrekvenser, både syn -
Katalysatorundersøgelse fremmer omdannelsen af kuldioxid til ethanolGrafisk abstrakt. Kredit:DOI:10.1021/jacs.1c03940 Et internationalt samarbejde mellem forskere har taget et væsentligt skridt hen imod realiseringen af en næsten grøn nul-net-kulstofteknologi, d
- Astronomer opdager kompleks flerkomponentudstrømning af galaksen NGC 7130
- Hvordan ved flyselskabers piloter, at der opstår turbulens?
- En ny metode til præcis lægemiddellevering:maling
- Studiet producerer de klareste billeder til dato af HSV-1, virus, der forårsager forkølelsessår
- Troperne udvider sig, og klimaforandringerne er den primære synder
- Bio-inspireret gelmateriale kan hjælpe ingeniører med at kontrollere bevægelser af bløde robotte…