Genom att tillämpa enkla, uråldriga vävtekniker på nyligen erkända egenskaper hos organiska kristaller har forskare med Smart Materials Lab (SML) och Center for Smart Engineering Materials (CSEM) vid NYU Abu Dhabi (NYUAD) för första gången utvecklat en unik form av vävd "textil". Dessa nya tyglappar expanderar endimensionella kristaller till flexibla, integrerade, tvådimensionella plana strukturer som är otroligt starka – cirka 20 gånger starkare än de ursprungliga kristallerna – och som är resistenta mot låga temperaturer.
Dessa egenskaper ger dem en mängd spännande potentiella applikationer, inklusive inom flexibel elektronik som sträcker sig från avkänningsenheter till optiska arrayer, såväl som under extrema förhållanden som låga temperaturer vid utforskning av rymden.
I tidningen med titeln "Woven Organic Crystals" publicerad i tidskriften Nature Communications , Panče Naumov, NYUAD-professor i kemi och chef för CSEM, och kollegor från Jilin University visar att organisk kristall helt enkelt kan vävas till flexibla och robusta fläckar med enkla, kypert- och satinstrukturer.
Eftersom de organiska kristallerna är i sig flexibla material, fann forskarna att plåstren inte bara är lätta i vikt utan också robusta mot mekanisk påverkan. De är mer än 15 gånger mer motståndskraftiga mot misslyckanden än de enskilda kristallerna, vilket återspeglar den förbättrade kollektiva verkan som svar på böjning eller andra effekter på dessa intrasslade strukturella element.
Forskarna rapporterar också att den termiska stabiliteten hos det nya "kristallina tyget" är en annan imponerande tillgång för de flexibla kristallerna. Även om den termiska stabiliteten beror på de faktiska kristallerna som används i vävningen, förblir kristallina fläckar på vissa av dessa kristaller flexibla över ett temperaturområde på cirka 350 o C, mellan –196 o C och 150 o C, vilket är överlägset många polymerer eller elaster som normalt blir spröda under deras glastemperatur.
Det nya tyget förblir optiskt transmissivt, vilket ger möjlighet att konstruera nätverk av optiska vågledare som kan utföra logiska operationer genom selektiv laserexcitering av komponentkristallerna. Forskarna rapporterar optiska arrayer av vävda kristaller som kan utföra enkla logiska funktioner för att demonstrera den egenskapen.
När organiska kristaller har rätt bildförhållande, kan de vara mycket mekaniskt följsamma och antingen böjda, krullade eller vridna. Denna kontraintuitiva flexibilitet hos organiska kristaller bottnar sannolikt i deras svaga intermolekylära interaktioner som kan upprätthålla stor stress utan brott.
"I tusentals år har vävning använts för att producera en rad textilier som är flexibla, men ändå starkare än komponentmaterialen, motståndskraftiga mot nötning och slitage och anmärkningsvärt hållbara", säger Dr. Naumov.
"Tills nyligen ansågs organiska kristaller vara styva och spröda, men insikten att de kan ha extraordinära elastiska egenskaper har förändrat det paradigmet, inte bara lagt till en ny aspekt till deras unika uppsättning egenskaper utan också avslöjat en outforskad ny riktning i materialvetenskap Vårt nya koncept med att använda kristaller som grund för ett vävt tyg öppnar upp för ett spännande utbud av möjligheter att kombinera dessa vävda kristaller med andra material för ett otalligt antal tekniska tillämpningar."
Mer information: Linfeng Lan et al, Woven organic crystals, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43084-7
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av New York University
