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山大与南洋理工合作发现自修复有机共晶

[本站讯]近期,晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授课题组与新加坡南洋理工大学材料学院张其春教授课题组合作,发现了一种自修复共晶材料Coronene-TCNB,相关研究成果以“Self-Healing Behavior in a Thermo-Mechanically Responsive CocrystalDuring a Reversible Phase Transition”为题发表在著名期刊《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201609667. IF=11.7)。该文章得到审稿人的高度评价(top 5%),并被编辑部选为背封面文章(back cover)。
材料在使用中受到热、力、辐照作用后,出现的皲裂、破裂、磨损是制约材料使用的主要因素。为解决这一问题,研究人员研发了一系列具有自修复性能的聚合物材料和软材料。为了理解材料的自修复性能,最有效、深入和直观的方法就是获得材料的微观结构。单晶材料可以通过X射线衍射等技术方便地获得其晶体结构,在分子层次上理解材料的构效关系,是研究材料自修复性能的最佳对象。但由于单晶材料的脆性和结晶度有关,难以在外部刺激的作用下保持和恢复其自身的晶格完整性,自修复单晶材料一直未见报道。直到最近,研究者在含有双硫键化合物的有机单晶中发现了压力作用下的部分自修复性(自修复度仅为6.7%, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13028-13032)。
陶绪堂教授课题组对TCNQ、TCNB与不同有机化合物形成的共晶化合物开展了系统研究,发现了可视的机械力诱导单晶-单晶相变现象(JACS. 2014, 136,590-593. IF=13.03;Chem. Asian J. 2016, 11, 1682-1687. IF=4.59)。在这些工作的基础上,与南洋理工大学张其春教授合作,对双转子有机共晶材料进行了研究,在Coronene-TCNB共晶的可逆相变过程中发现了可循环的自修复现象。他们综合利用X射线衍射、低温DSC及热台显微技术对这一现象进行了深入系统的研究,结果显示相变前后晶体结构的整体相似性以及局部关键差异(堆积模式,转子取向和分子间作用力)是该单晶材料自修复性质的起源。这项研究对分子晶体的相变机制带来了新的认识,为进一步设计和研究晶态自修复材料提供了新的见解。
陶绪堂教授课题组近几年来在有机及有机-无机复合单晶的生长、相变及性质研究方面取得系列成果,在化学和材料学顶级期刊JACS、Angew Chem.和Chem. Mater.上连续发表了多篇论文。相关研究工作得到了晶体材料国家重点实验室基金、国家自然科学基金创新研究群体和国家重点研发计划项目的资助。
相关链接:https://doi.org/10.1002/anie.201609667

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【作者:刘杰 来自:晶体所 编辑:新闻中心总编室 责任编辑:思萱】