2017年6月16日
有机晶体的晶体结构发生了极快的变化，这使得一些晶体在受热时跳来跳去。
©Wiley-VCH
最近，在《Angewandte Chemie》杂志上，科学家们证明了晶体在这个过程中会发出声音信号，这确实有助于研究这种现象的特征。证明这一过程类似于在某些合金和钢中观察到的马氏体相变。
马氏体是指由奥氏体淬火而形成的一种钢形式，它的名称是指一种特定的相变。由于奥氏体的快速冷却，原子不能在较低的温度下采用它们的首选结构。相反，它们从马氏体晶格中和谐地移动。在跳跃晶体中，随着原子数量的增加，它们的晶格位置也会随之改变。晶体经常爆炸的事实和这种现象的高速发展使得建立这一理论、理解细节和利用这一所谓的热效应变得不可能。跳跃晶体以极快的速度将热量转化为运动或功的潜力被认为对微尺度机械臂或人造肌肉的开发有潜在的帮助。
来自纽约大学阿布扎比分校、汉堡的德国电子同步加速器(DESY)和斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所的研究小组开始了这项研究，他们的假设是，跳跃晶体中积累的弹性张力的突然放电会导致相对强大的声波，类似于地震产生的地震波。在Panče Naumov的领导下，研究人员决定研究植物氨基酸l -焦谷氨酸(L-PGA)的晶体。当加热到65 - 67°C时，这些跳跃晶体能够改变它们的晶体结构;然后在55.6到53.8°C之间冷却后返回到初始结构，这是通过同步辐射x射线晶体学确定的。
正如所假定的那样，晶体在过渡过程中发出清晰的声音信号。用压电传感器记录这些信号是可能的。信号的振幅、频率、数量和形式为研究人员提供了有关这种效应的机制和动力学的信息。与后续声波相比，初始声波的能量和强度主要较高，上升时间较短。在相变开始时弹性波通过无缺陷介质的有效传播被认为是造成这一现象的原因。随着过渡过程的进行，微裂纹数量增加，从而降低了弹性应力。
在L-PGA中，不同晶体结构之间的相界进展速度为2.8 m/s，比其他相变快几千倍。然而，已观察到的晶体结构比预期的更相似。这一转变涉及第三个维度的收缩和两个维度的扩张，所有这些都在0.5-1.7%的范围内。
我们的研究表明跳跃晶体是一类类似于无机马氏体的材料，这可能对全有机电子等应用具有重大意义。亚博网站下载声发射技术最终提供了对这些快速转变的直接洞察。我们的研究结果表明，通常被认为是软而脆的有机物和硬得多的材料，如金属和金属合金，至少在分子水平上，并没有太大的不同。亚博网站下载对有机固体的研究可以使我们更好地理解相关的宏观效应。
Panče Naumov，研究小组负责人
来源:http://newsroom.wiley.com/