Är kristaller spröda och oelastiska? En ny klass av smarta, böjbara kristallina organiska material har utmanat denna uppfattning. Nu, forskare har konstruerat en molekylär mjuk samkristallin struktur som böjer och vrider sig reversibelt och utan sönderdelning när den stimuleras av hög temperatur, mekanisk kraft, eller under UV-ljus. Denna multifunktionella kvalitet gör den till en robust kandidat för avancerad molekylär elektronik och andra nya material, som författarna rapporterade i tidskriften Angewandte Chemie .

Kristallstrukturer kan vara ganska elastiska. Denna uppfattning har dykt upp först nyligen, efter att de första dynamiska och adaptiva molekylära kristallerna rapporterades för tio år sedan. Kristaller som kan böjas utan sönderfall är attraktiva material i mikrorobotik, flexibel elektronik, och optiska anordningar. Nu, ett team av forskare under ledning av Naba Kamal Nath vid National Institute of Technology, Meghalaya, Indien, och Panče Naumov vid New York University, Abu Dhabi, Förenade Arabemiraten har flyttat gränserna för enkristaller lite längre. De utvecklade en molekylär mjuk kristall som vrids och vrids vid uppvärmning och kylning, böjer sig reversibelt under UV-ljus, och deformeras och reformeras som svar på mekanisk kraft. Dessutom, sprickor i kristallerna läker sig själva under termisk cykling, forskarna noterade.

Kristalliniteten hos molekylära organiska kristaller uppstår från packningen av molekylskikten. Dessa lager hålls på plats genom intermolekylära interaktioner såsom vätebindning, hydrofob interaktion, eller interaktioner mellan aromatiska ringar. Kristallerna Naumov och Nath framställde innehöll två olika molekyler, probenecid, en läkemedelsförening ordinerad för att förbättra urinsyrautsöndringen, och 4, 4'-azopyridin, en heteroaromatisk azoförening som är känd för att förändras från en långsträckt till en mer böjd konformation när den bestrålas med UV-ljus. Enkelkristallerna som bildas av dessa två molekyler består av staplade 2D-lager i kors och tvärs.

Uppvärmning, så hittade författarna, orsakade en fasförändring i denna struktur, en liten omarrangering som leder till olika packningsvinklar. Den långa, tunt kristallfibröst ark vridet. Men inte för alltid. Kylning återförde sin ursprungliga molekylära ordning, och lakanet rätades ut igen. Dessutom, mekanisk böjning var möjlig utan att spricka, och bestrålning med UV-ljus orsakade snabb, reversibel böjning.

Inte bara hade materialet kombinerat tre funktioner – reversibel vridning vid uppvärmning, elastisk böjning inducerad av mekanisk kraft, och snabbt, reversibel böjning under UV-ljus - men det läkte också av sig självt:Författarna rapporterade att sprickor och små sprickor försvann när kristallen cyklades mellan rumstemperatur och förhöjda temperaturer.

Dessa effekter uppgår till en anmärkningsvärd multifunktionalitet hos den organiska kristallen. Det rekommenderas därför som en värdefull kandidat för nästa generations halvledare av halvledartyp, flexibel elektronik, och andra teknologier där en kombination av till synes motsägelsefulla mekaniska egenskaper önskas.