北理工團隊在超彈性分子基單晶材料研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2023-02-28 供稿：化學與化工學院 姚子碩 攝影：姚子碩
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近日,，北京理工大學化學與化工學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)表在國際著名化學期刊 Angew. Chem. Int. Ed. ,。北京理工大學為唯一作者單位,，化學與化工學院陶軍教授研究團隊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)的有機超彈-鐵彈形變單晶，因為其奇特的力學性引起了研究者廣泛的研究興趣,，并有望在智能驅(qū)動,、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)可修飾性強的特點,，因此在光學調(diào)控方面具有先天的優(yōu)勢。如何通過有效的分子設(shè)計實現(xiàn)單晶材料的超彈性質(zhì)并進一步發(fā)掘其獨特的技術(shù)應(yīng)用,，是該材料進一步發(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),，實現(xiàn)了單晶的無擴散形變。當撤去外力時,，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)動改變了晶格內(nèi)部躍遷矩的分布,，材料線二色性信號在受力狀態(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)動與材料力學性質(zhì)之間的重要作用，同時力-光性質(zhì)的耦合有望應(yīng)用于光學調(diào)控及通訊領(lǐng)域,。
該研究得到了國家自然科學基金（22071009,、92061106和21971016）以及北京理工大學青年學者科研基金項目的支持。感謝北京理工大學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,，北京理工大學化學與化工學院副教授，日本九州大學博士,、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,，北京理工大學化學與化工學院特聘教授,，國家杰出青年科學基金獲得者。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. 等高水平學術(shù)期刊發(fā)表多篇學術(shù)論文,。
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