新的結(jié)構(gòu)相變可以拓寬光響應(yīng)固體的適用性

來(lái)自東京早稻田大學(xué)和Rigaku公司的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新型的有機(jī)晶體結(jié)構(gòu)相變，稱為光觸發(fā)相變。早稻田和納米生命創(chuàng)新研究組織的客座教授，該研究的主要作者Hideko Koshima說(shuō)：“相變機(jī)制被廣泛用于記憶，開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)材料，我們相信這一新發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)型對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用領(lǐng)域都有潛力。“

受外部刺激如溫度，壓力，電磁場(chǎng)和光的誘導(dǎo)，結(jié)構(gòu)相變是一種改變固態(tài)材料的物理性質(zhì)和功能的現(xiàn)象。例如，形狀記憶合金，其在機(jī)器人以及汽車，航空和生物醫(yī)學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，由于馬氏體轉(zhuǎn)變而在加熱時(shí)恢復(fù)其形狀。近年來(lái)，有機(jī)晶體因其柔軟性和重量輕而被認(rèn)為是下一代致動(dòng)器的材料。

在這項(xiàng)研究之前，該團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種機(jī)械晶體，該晶體在暴露于光線下會(huì)彎曲，以及一種在加熱和冷卻時(shí)“行走和滾動(dòng)”的機(jī)器人晶體。這些晶體的驅(qū)動(dòng)可分別通過(guò)稱為光致異構(gòu)化的光致變色反應(yīng)和結(jié)構(gòu)相變來(lái)解釋。為了使這種晶體的運(yùn)動(dòng)多樣化，科學(xué)家一直在尋找具有這兩種現(xiàn)象的有機(jī)晶體。

找到這樣的晶體并非易事，需要反復(fù)試驗(yàn)。然而，當(dāng)團(tuán)隊(duì)研究光致變色手性亞水楊基胺晶體時(shí)，他們不僅發(fā)現(xiàn)它既有現(xiàn)象，又發(fā)現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)相變。“我們不小心偶然發(fā)現(xiàn)光致變色手性亞水楊胺晶體的光觸發(fā)相變，其表現(xiàn)出加熱和冷卻時(shí)可逆的熱相變，”Koshima教授解釋說(shuō)。“當(dāng)在-50℃，溫度低于其熱轉(zhuǎn)變溫度(40℃)的紫外線照射該晶體時(shí)，我們從X射線晶體學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，晶體經(jīng)歷與熱相變相同的轉(zhuǎn)變。 “。

該團(tuán)隊(duì)還了解到光觸發(fā)相變是由于光致異構(gòu)化產(chǎn)生的分子應(yīng)變而發(fā)生的，而Koshima補(bǔ)充說(shuō)，光觸發(fā)相變與光誘導(dǎo)相變不同，后者已出現(xiàn)在其他出版物中。“由于光致相變導(dǎo)致的晶相僅通過(guò)光照射出現(xiàn)，其在毫微微或皮秒內(nèi)改變晶體的電學(xué)和/或磁性。在光觸發(fā)相變中，由光觸發(fā)的晶相與通過(guò)加熱誘導(dǎo)的熱相變相同，但在分子構(gòu)象方面是獨(dú)特的，“她說(shuō)。

由于光觸發(fā)引起的光觸發(fā)相變并且不需要加熱和冷卻來(lái)發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，因此該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果可能“導(dǎo)致一種新的策略，以擴(kuò)大光響應(yīng)固體的適用性”，并有助于研究開(kāi)發(fā)下一代傳感器，開(kāi)關(guān)，存儲(chǔ)器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)光線的遠(yuǎn)程控制和/或本地操作。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正計(jì)劃測(cè)量和定量評(píng)估由光致異構(gòu)化引起的晶體應(yīng)變的大小，系統(tǒng)地研究是否使用材料信息學(xué)在其他晶體中發(fā)生光觸發(fā)相變，并闡明其條件。

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