XK星空中国官方网站 用弹性分子晶体开辟材料化学新领域
有机材料通常表现出结晶度和柔性之间的权衡——常识性的观点是有机分子晶体不具有柔性。 Hayashi副教授预感到这一公认的观点可能会被推翻，他注意到π共轭分子的晶体结构发生了轻微的变化，π共轭分子由于其独特的光学和电子特性而经常被用作有机光子和电子材料。通过使用独立发现的这些π共轭分子的设计/合成策略，他开发了“弹性分子晶体”——具有柔韧性的单晶体——并生产了这些晶体具有发光特性的新材料。这些结果预计将促进材料领域的新创新，超越聚合物材料的范围。
创建由 π 共轭分子组成的柔性晶体
“π-共轭分子”作为有机电子领域的基础材料近年来引起了人们的关注。这些材料内电子相对自由的运动导致了半导体、导电性和发光等不寻常的特性。 Hayashi 博士的目标是通过采用有机/聚合物合成和分子组装化学来创造超越聚合物的新材料。关键是这些 π 共轭分子。
有机光子/电子材料大致分为两类：小分子单晶和聚合物树脂。小分子单晶具有致密的各向异性结构，分子紧密堆积，具有高性能。然而，它们的低柔韧性使其脆弱且容易断裂。相比之下，聚合物树脂表现出与单晶完全相反的特性。尽管它们提供了灵活性，但它们的结构阻碍了获得最佳性能，其中包含许多差距。这是分子组装中“结晶度和灵活性之间的权衡”的常识性观点。
如果能够赋予有机分子晶体材料柔性，将极大拓展有机材料化学的可能性。带着这个想法，林博士开始致力于开发结合单分子晶体和高分子材料优点的新材料。考虑到π共轭分子在晶体中的“滑移机制”，他通过循环分子设计和合成过程，成功开发出一种新材料——弹性分子晶体，具有出色的密度、各向异性和柔韧性。他还发现了变形引起的发光等变色现象。此前还没有报道过由π共轭分子组成的可弹性变形单晶的例子，林博士宣布这些弹性晶体是世界首创。这些兼具灵活性和高性能的新材料作为小分子材料和新材料创新的新途径而备受关注。 Hayashi博士谈到开发背景时说道：“如果晶体内部有弯曲结构，分子就不能移动，但我想：如果有一种允许移动的机制，那么无论它们堆积得多么紧密，都应该可以移动。就在那时，我产生了为分子制造“滑动机制”的想法。我注意到π共轭分子的高平面度，将其平面度提高到极限，精心设计了防止分子扭曲和扭曲的设计，然后通过重复综合执行该设计。”
当对晶体施加力时，由于其分子平面向一个方向移动而发生弯曲。然后他们回到原来的状态。由于这种特性，颜色也会反复变化，因此林博士正在探索“光波导”中的应用。这些波导用于光纤等具有高无线电波效率和成分的组件。
博士。 Hayashi 表示，推动他研究的动力是“见证新现象和新材料的发展”。他相信柔性晶体材料的新想法可能会彻底改变材料化学。 “创造新材料来弥合单晶和聚合物之间的差距，因为它们具有完全不同的特性，这将模糊材料科学的界限。我认为这就是创新的潜力所在。”
林博士在聚合物和晶体材料的研究方法中采用自由思维，不仅开创了新型材料，而且开创了新领域。
开发完全可回收的功能纤维材料
博士。 Hayashi 正在开发完全可回收的功能性纤维材料，作为弹性晶体的应用之一。
工业上使用的纤维材料通常由高分子聚合物制成。不幸的是，原料合成过程中会产生大量废物，甚至产品的回收和再利用也会产生清洗和加工成本。化学回收——涉及分子水平的分解和回收——在方法或成本方面并不容易，而且传统的合成化学纤维回收系统也存在局限性。另一方面，小分子单体很容易被有机溶剂溶解，使分子单元完全分解和恢复，但它们很脆弱，难以作为纤维材料处理。
为了克服这些问题，开发在减少废物和回收方面均表现出色的新型纤维材料至关重要。在这里，Hayashi 博士萌生了利用弹性晶体的柔韧性，用小分子单体单元生产功能性纤维的想法。其想法是实现以聚合物为原料的纤维材料无法实现的完全回收过程，并发挥单晶纤维的独特功能。 “在合成弹性晶体时，我意识到我们可以生产出又长又薄的晶体，其行为类似于纤维。我认为也许可以通过有效利用这种特性来生产纤维。”
根据 Hayashi 博士的说法，在弹性物质中严重诱导拉长晶体会使它们呈现纤维形态，并发生缠结，因此它们呈现出类似于由聚合物组成的纤维的轻盈、蓬松的质感。通过利用弹性晶体的高效光吸收能力，可以将它们用作阻挡紫外线的功能性纤维材料。 Hayashi 博士热衷于“通过与表示有兴趣的公司合作研究来推进实际实施。”
在开始晶体工程研究之前，Hayashi 博士的专业是高分子科学。 “长期以来我一直对纤维材料非常感兴趣，”他说。
发布日期：2024 年 3 月