Angew. Chem.：超低温（77K）弹性有机晶体材料

有机晶体材料由于其长程有序的结构及缺陷少等优点，在有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机固体激光器及有机太阳能电池等领域得到了广泛的应用。但传统的有机晶体材料大多质地较硬且脆，不能够进行弯曲，这就大大限制了其在柔性器件上的应用。近年来，基于晶体弹性弯曲性能的研究逐渐被报道，这为发展有机晶体材料在柔性光电领域的应用提供了强有力的支持。但目前关于材料弹性性质的研究，包括无机非金属材料及高分子材料，主要集中在室温下进行，随着环境温度变低，由于韧脆转变温度和玻璃化转变温度的存在，材料的弹性将会丧失。而有机晶体材料的超低温弹性性质也未被研究。伴随着人类在两极及外太空环境开展探索研究，如何保证材料在超低温环境下的弹性性能成为了一个巨大的挑战。

近日，吉林大学的张红雨教授（点击查看介绍）团队设计出了一种席夫碱化合物并制备出了超长的一维针状单晶。该单晶不仅在室温下表现出性能优异的弹性，在液氮环境(77K)中，其弹性仍能得到很好地保持。通过对晶体结构的深入分析研究，提出了其在超低温度下保持弹性的机制。

该化合物通过三步简单的高产率反应即可制得，通过简单的溶液重结晶手段就可以大量制备高质量长针状单晶。利用单晶X射线衍射技术，获得了晶体在室温及低温下的结构。室温下，晶体中分子通过分子间作用力结合成一维链状结构。当晶体受力弯曲时，通过分子间作用力距离的增大或减小，来保证晶体外层结构被拉伸而内层结构被压缩，而外力撤销后这些分子间作用力又会使晶体恢复到初始状态。通过与该课题组之前报道的室温下具有弹性而低温下变为脆性的晶体材料（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 8448-8452）进行对比研究，揭示出晶体低温下保持弹性的原因。该化合物在低温时，晶体的收缩表现出一定的各向同性并且程度较小，使得分子的构象和堆积结构能够得到较好的保持，分子间作用力受影响较小，因而可以保持良好的弹性。而低温脆性的晶体，其变化程度较大并且表现出各向异性的低温响应，导致分子的构象和堆积结构变化较大，分子间作用力受到较为明显的影响，因而在外力作用下发生断裂不能弯曲。该项研究不仅扩充和发展了现有的超低温材料体，更为弹性有机晶体材料的应用提供了新的思路。

相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是吉林大学的博士研究生刘华鹏。

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An Organic Crystal with High Elasticity at an Ultra-Low Temperature (77 K) and Shapeability at High Temperatures

Huapeng Liu, Kaiqi Ye, Zuolun Zhang, Hongyu Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201912236

导师介绍

张红雨

https://www.x-mol.com/university/faculty/11057

（本稿件来自Wiley）