Forskere udvikler det første af sin slags vævede materiale lavet udelukkende af fleksible organiske krystaller

Ved at anvende enkle, ældgamle væveteknikker på nyligt anerkendte egenskaber ved organiske krystaller har forskere med Smart Materials Lab (SML) og Center for Smart Engineering Materials (CSEM) ved NYU Abu Dhabi (NYUAD) for første gang udviklet en unik form for vævet "tekstil". Disse nye stoflapper udvider endimensionelle krystaller til fleksible, integrerede, todimensionelle plane strukturer, der er utrolig stærke – omkring 20 gange stærkere end de originale krystaller – og modstandsdygtige over for lave temperaturer.

Disse egenskaber giver dem et væld af spændende potentielle applikationer, herunder i fleksibel elektronik, der spænder fra sensorenheder til optiske arrays, såvel som under ekstreme forhold, såsom lave temperaturer, man støder på i rumudforskning.

I papiret med titlen "Woven Organic Crystals" offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , Panče Naumov, NYUAD professor i kemi og direktør for CSEM, og kolleger fra Jilin University demonstrerer, at organisk krystal simpelthen kan væves ind i fleksible og robuste pletter med almindelige, twill og satin teksturer.

Fordi de organiske krystaller i sagens natur er fleksible materialer, fandt forskerne ud af, at plastrene ikke kun er lette i vægt, men også robuste over for mekanisk påvirkning. De er mere end 15 gange mere modstandsdygtige over for fejl end de individuelle krystaller, hvilket afspejler den forbedrede kollektive handling som reaktion på bøjning eller andre påvirkninger af disse sammenfiltrede strukturelle elementer.

Forskerne rapporterer også, at den termiske stabilitet af det nye "krystallinske stof" er et andet imponerende aktiv ved de fleksible krystaller. Mens den termiske stabilitet afhænger af de faktiske krystaller, der bruges i vævningen, forbliver krystallinske pletter af nogle af disse krystaller fleksible over et temperaturområde på omkring 350 ^o C, mellem –196 ^o C og 150 ^o C, som er overlegen i forhold til mange polymerer eller elastomerer, der normalt bliver skøre under deres glasovergangstemperatur.

Det nye stof forbliver optisk transmitterende, hvilket giver mulighed for at konstruere netværk af optiske bølgeledere, der kan udføre logiske operationer ved selektiv laserexcitation af komponentkrystallerne. Forskerne rapporterer optiske arrays af vævede krystaller, der kan udføre simple logiske funktioner for at demonstrere denne egenskab.

Når organiske krystaller har det passende billedformat, kan de være yderst mekanisk kompatible og enten bøjede, krøllede eller snoede. Denne kontraintuitive fleksibilitet af organiske krystaller er sandsynligvis rodfæstet i deres svage intermolekylære interaktioner, som kan opretholde stor stress uden brud.

"I tusinder af år er vævning blevet brugt til at fremstille en række tekstiler, der er fleksible, men alligevel stærkere end deres komponentmaterialer, modstandsdygtige over for slid og slid og bemærkelsesværdigt holdbare," sagde Dr. Naumov.

"Indtil for nylig blev organiske krystaller anset for at være stive og sprøde, men erkendelsen af, at de kan have ekstraordinære elastiske egenskaber har ændret dette paradigme, ikke kun tilføjet en ny facet til deres unikke sæt af egenskaber, men også afsløret en uudforsket ny retning i materialevidenskab Vores nye koncept med at bruge krystaller som grundlag for et vævet stof åbner op for en spændende række muligheder for at kombinere disse vævede krystaller med andre materialer til et utal af teknologiske anvendelser."

Flere oplysninger: Linfeng Lan et al., Woven organic crystals, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43084-7

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af New York University