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陶绪堂教授在机械力诱导单晶相变中取得新进展

导读: 山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授课题组,在近期的共晶化合物的研究中取得新的进展。

  山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授课题组,在近期的共晶化合物的研究中取得新的进展。相关成果以“Oriented Single-Crystal-to-Single-Crystal Phase Transition with Dramatic Changes in the Dimensions of Crystals”为题在最近的J. Am. Chem. Soc.杂志上在线发表(DOI: 10.1021/ja4102634)。

  陶绪堂课题组在研究中发现了8-羟基喹啉铜(CuQ2)和-四氰代二甲基苯醌(TCNQ)的一种新晶相,在很小的机械力刺激下,该晶体发生了大尺度的结构相变:长度增加一倍,厚度减为原来一半,同时晶体的单晶性不被破坏。由于该机械力诱导相变后单晶的三维有序得以保持,可以对单晶进行原位的结构解析,分析材料内部分子堆积模式的变化对晶体外形尺寸的影响。另外,这种受机械力刺激而发生的取向、可视相变过程持续几十秒,非常有利于研究分子晶体相变的动态过程。

  课题组通过原位单晶X射线衍射,变温单晶X射线衍射以及DSC、红外,SEM等手段分析研究了相变所产生的晶体尺寸变化和晶体内部分子堆积模式变化的关系,对相变过程提出了合理的物理解释。探明这种相变的分子机制有利于研究分子晶体的相变动力学、设计新型的分子制动器件,这些研究成果有望在压力、温度等环境敏感器件中得到应用。

  晶体结构与材料性能之间的关系,是物理、化学、生物、药物、材料等多个自然科学领域的重要科学问题。同一种化合物在不同的晶体学物相中可能具有截然不同的物化性质,深入理解材料中结构与性质之间的关系,对于材料的改性和新材料的设计等方面具有重要的指导意义。尽管关于单晶-单晶相变的研究已有很长的历史,但对于单晶材料在发生相变时晶体尺寸的变化这一基本问题,科学界却极少有深入的探讨,因为一般情况下为了保持晶体的完整性,相变时晶格的变化都很小,否则晶体在相变后就会坍塌。正如本文审稿人所说,这样可视的大尺度单晶-单晶结构相变,是非常有趣而且罕见的。
 

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