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Diphenylalanine-Derivative Peptide Assemblies with Increased Aromaticity Exhibit Metal-like Rigidity and High Piezoelectricity.
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-05-22 , DOI: 10.1021/acsnano.0c01654 Vasantha Basavalingappa 1 , Santu Bera 1 , Bin Xue 2 , Joseph O'Donnell 3 , Sarah Guerin 3 , Pierre-Andre Cazade 3 , Hui Yuan 4 , Ehtsham Ul Haq 3 , Christophe Silien 3 , Kai Tao 1, 5 , Linda J W Shimon 6 , Syed A M Tofail 3 , Damien Thompson 3 , Sofiya Kolusheva 7 , Rusen Yang 4 , Yi Cao 2 , Ehud Gazit 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-05-22 , DOI: 10.1021/acsnano.0c01654 Vasantha Basavalingappa 1 , Santu Bera 1 , Bin Xue 2 , Joseph O'Donnell 3 , Sarah Guerin 3 , Pierre-Andre Cazade 3 , Hui Yuan 4 , Ehtsham Ul Haq 3 , Christophe Silien 3 , Kai Tao 1, 5 , Linda J W Shimon 6 , Syed A M Tofail 3 , Damien Thompson 3 , Sofiya Kolusheva 7 , Rusen Yang 4 , Yi Cao 2 , Ehud Gazit 1
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Diphenylalanine (FF) represents the simplest peptide building block that self-assembles into ordered nanostructures with interesting physical properties. Among self-assembled peptide structures, FF nanotubes display notable stiffness and piezoelectric parameters (Young’s modulus = 19–27 GPa, strain coefficient d33 = 18 pC/N). Yet, inorganic alternatives remain the major materials of choice for many applications due to higher stiffness and piezoelectricity. Here, aiming to broaden the applications of the FF motif in materials chemistry, we designed three phenyl-rich dipeptides based on the β,β-diphenyl-Ala-OH (Dip) unit: Dip-Dip, cyclo-Dip-Dip, and tert-butyloxycarbonyl (Boc)-Dip-Dip. The doubled number of aromatic groups per unit, compared to FF, produced a dense aromatic zipper network with a dramatically improved Young’s modulus of ∼70 GPa, which is comparable to aluminum. The piezoelectric strain coefficient d33 of ∼73 pC/N of such assembly exceeds that of poled polyvinylidene-fluoride (PVDF) polymers and compares well to that of lead zirconium titanate (PZT) thin films and ribbons. The rationally designed π–π assemblies show a voltage coefficient of 2–3 Vm/N, an order of magnitude higher than PVDF, improved thermal stability up to 360 °C (∼60 °C higher than FF), and useful photoluminescence with wide-range excitation-dependent emission in the visible region. Our data demonstrate that aromatic groups improve the rigidity and piezoelectricity of organic self-assembled materials for numerous applications.
中文翻译：
芳香度增加的二苯丙氨酸衍生物肽组装体表现出类金属刚性和高压电性。
二苯丙氨酸 (FF) 代表最简单的肽构建块，可自组装成具有有趣物理特性的有序纳米结构。在自组装肽结构中，FF 纳米管表现出显着的刚度和压电参数（杨氏模量 = 19–27 GPa，应变系数d 33 = 18 pC/N）。然而，由于更高的刚度和压电性，无机替代品仍然是许多应用的主要选择材料。在这里，为了扩大FF基序在材料化学中的应用，我们设计了三种基于β,β-二苯基-Ala-OH (Dip)单元的富含苯基的二肽：Dip-Dip、环Dip-Dip和叔丁氧羰基(Boc)-Dip-Dip。与 FF 相比，每个单元的芳香族基团数量增加了一倍，产生了致密的芳香族拉链网络，其杨氏模量显着提高至约 70 GPa，与铝相当。这种组件的压电应变系数d 33约为73 pC/N，超过了极化聚偏二氟乙烯（PVDF）聚合物的压电应变系数，并且与锆钛酸铅（PZT）薄膜和带材的压电应变系数d 33 相当。合理设计的 π-π 组件显示出 2-3 Vm/N 的电压系数，比 PVDF 高一个数量级，提高了高达 360 °C 的热稳定性（比 FF 高约 60 °C），并且具有宽范围的有用光致发光性能。 -可见光区域内的激发相关发射范围。我们的数据表明，芳香基团可以提高有机自组装材料的刚性和压电性，适用于多种应用。
更新日期：2020-06-23
中文翻译：
芳香度增加的二苯丙氨酸衍生物肽组装体表现出类金属刚性和高压电性。
二苯丙氨酸 (FF) 代表最简单的肽构建块，可自组装成具有有趣物理特性的有序纳米结构。在自组装肽结构中，FF 纳米管表现出显着的刚度和压电参数（杨氏模量 = 19–27 GPa，应变系数d 33 = 18 pC/N）。然而，由于更高的刚度和压电性，无机替代品仍然是许多应用的主要选择材料。在这里，为了扩大FF基序在材料化学中的应用，我们设计了三种基于β,β-二苯基-Ala-OH (Dip)单元的富含苯基的二肽：Dip-Dip、环Dip-Dip和叔丁氧羰基(Boc)-Dip-Dip。与 FF 相比，每个单元的芳香族基团数量增加了一倍，产生了致密的芳香族拉链网络，其杨氏模量显着提高至约 70 GPa，与铝相当。这种组件的压电应变系数d 33约为73 pC/N，超过了极化聚偏二氟乙烯（PVDF）聚合物的压电应变系数，并且与锆钛酸铅（PZT）薄膜和带材的压电应变系数d 33 相当。合理设计的 π-π 组件显示出 2-3 Vm/N 的电压系数，比 PVDF 高一个数量级，提高了高达 360 °C 的热稳定性（比 FF 高约 60 °C），并且具有宽范围的有用光致发光性能。 -可见光区域内的激发相关发射范围。我们的数据表明，芳香基团可以提高有机自组装材料的刚性和压电性，适用于多种应用。
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