北理工團(tuán)隊(duì)在超彈性分子基單晶材料研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-02-28 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 姚子碩 攝影：姚子碩
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近日,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院姚子碩研究員在超彈性分子基單晶材料研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)工作以“Stress-Induced Inversion of Linear Dichroism by 4,4′-Bipyridine Rotation in a Superelastic Organic Single Crystal”為題,，發(fā)表在國際著名化學(xué)期刊 Angew. Chem. Int. Ed. ,。北京理工大學(xué)為唯一作者單位，化學(xué)與化工學(xué)院陶軍教授研究團(tuán)隊(duì)的姚子碩研究員為文章通訊作者,，文章第一作者為北京理工大學(xué)博士研究生李宇霞,。
自2014年首次發(fā)現(xiàn)以來，具有類馬氏體相變性質(zhì)的有機(jī)超彈-鐵彈形變單晶,，因?yàn)槠淦嫣氐牧W(xué)性引起了研究者廣泛的研究興趣,，并有望在智能驅(qū)動(dòng)、信息傳感,、柔性電子等領(lǐng)域產(chǎn)生新的技術(shù)應(yīng)用,。相較于傳統(tǒng)的馬氏體合金或者陶瓷材料，分子基單晶材料具有輕質(zhì),、透明,、結(jié)構(gòu)可修飾性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此在光學(xué)調(diào)控方面具有先天的優(yōu)勢,。如何通過有效的分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單晶材料的超彈性質(zhì)并進(jìn)一步發(fā)掘其獨(dú)特的技術(shù)應(yīng)用,，是該材料進(jìn)一步發(fā)展所需解決的關(guān)鍵問題。
該研究基于壓力作用下分子取向變化與超彈性質(zhì)的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)出發(fā),，設(shè)計(jì)合成了新的晶態(tài)分子“陀螺”— (3,5-二甲基苯甲酸)-(4,4’-聯(lián)吡啶)-(3,5-二甲基苯甲酸),，利用4,4’-聯(lián)吡啶在剪切力作用下繞氫鍵軸的90°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了單晶的無擴(kuò)散形變,。當(dāng)撤去外力時(shí),，變形晶體迅速恢復(fù)初始狀態(tài)，表現(xiàn)出優(yōu)異的超彈性能,。這種可逆的應(yīng)力變形具有良好的重復(fù)性,，經(jīng)數(shù)十次操作，單晶無明顯破損,。由于4,4’-聯(lián)吡啶分子平面的90°轉(zhuǎn)動(dòng)改變了晶格內(nèi)部躍遷矩的分布,，材料線二色性信號(hào)在受力狀態(tài)下發(fā)生可逆反轉(zhuǎn)。
該材料利用晶態(tài)“陀螺”受力下的繞軸旋轉(zhuǎn),，實(shí)現(xiàn)了單晶材料的超彈形變，并發(fā)現(xiàn)了新的力-光耦合作用方式,，揭示了晶態(tài)分子“陀螺”轉(zhuǎn)動(dòng)與材料力學(xué)性質(zhì)之間的重要作用,，同時(shí)力-光性質(zhì)的耦合有望應(yīng)用于光學(xué)調(diào)控及通訊領(lǐng)域,。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金（22071009、92061106和21971016）以及北京理工大學(xué)青年學(xué)者科研基金項(xiàng)目的支持,。感謝北京理工大學(xué)分析測試中心工作人員的技術(shù)支持,。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202217977
圖1. 外力作用引起三聚體內(nèi)晶態(tài)分子“陀螺”轉(zhuǎn)動(dòng)圖片來源： Angew. Chem. Int. Ed.
圖2. 4,4'-聯(lián)吡啶90°旋轉(zhuǎn)引發(fā)孿晶
圖3. LD信號(hào)受力可逆反轉(zhuǎn)
附雙穩(wěn)態(tài)功能材料課題組簡介：
姚子碩，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副教授,，日本九州大學(xué)博士,、博士后，主要從事力,、電,、磁等刺激響應(yīng)分子基單晶材料的研究工作，作為第一作者或通訊作者在 Nat. Chem. (1) , Nat. Commun. (3), J. Am. Chem. Soc. (2), Angew. Chem., Int. Ed. (2)等高水平期刊發(fā)表30余篇研究論文,。
陶軍,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院特聘教授，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者,。主要從事分子磁性與功能材料研究,，在 Chem. Soc. Rev. , Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc. , Angew. Chem., Int. Ed. 等高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。
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