软质材料的惊人特性可能会对聚合物物理产生重大影响

日本的研究人员观察到有机分子自发自组装成宏观液滴,具有晶体一样的三维结构完整性。当放置在垂直基底上时,这些液滴像流体一样向下滑动,同时根据分子成分的手性进行顺时针或逆时针旋转。

该团队包括来自东京工业大学创新研究所和日本其他七个研究中心的科学家,他们将一种手性三苯衍生物加热到液相,然后让它冷却。但是x射线粉末衍射图像显示,冷却材料并没有像预期的那样表现出来。

三苯基六羧酸酯的分子结构和组装结构

来源:©2019,施普林格自然

这种三苯基六羧酸酯具有手性侧链,并表现出独特的单畴中间相

“最初的观察表明,目前的材料,看起来像糖浆,没有任何明确的形状,在整个样品上有三维结构秩序,就像单晶体一样,”解释说Takanori福岛他是研究团队的一员。他说,这种材料的结构、类流体的行为和旋转滑动令人惊讶。“这导致了关于分子手性和校正分子运动的新发现。”

液滴中对映异构纯2的分子排列示意图

来源:©2019,施普林格自然

三苯核心均匀地包裹在液滴中

研究小组还不确定为什么这种材料会表现出这样的行为。他们认为,这种行为可能是由于材料的底层结构,或者是由于其流动时的性质。尽管如此,考虑到这种材料同时具有类固体和类液体的性质,它有可能在自我恢复其结构秩序的同时表现出旋转-滑动运动。

在光学和电子学等领域,允许在宏观尺度上实现长程结构秩序的分子设计非常受欢迎。虽然目前的发现并不能立即应用于实际,但它可能会刺激进一步的研究。福岛说:“我们相信,这些发现将激励软材料领域的众多研究人员,并引发许多后续研究,最终导致新的应用。”

显示(R)-2液滴在垂直基底上滑动的图像

来源:©2019,施普林格自然

x射线成像显示,在滑动过程中,内部晶体状结构保持不变,液滴进行顺时针或逆时针单向旋转,这取决于其分子成分的手性

Annela Seddon英国布里斯托尔大学布里斯托尔功能纳米材料中心主任,他也认为,该团队的发现在我们理解材料在长度尺度上的顺序方面是一个令人兴奋的发现,并为自组装过程的本质提供了一个令人着迷的见解。

她说:“当液滴从基底上滑落时,这种晶体状的顺序被保留下来,这一点真的很了不起。”“他们的发现不仅能让我们更深入地了解软物质的本质,而且有可能为大规模的软材料模式开辟道路,这可能对广泛的先进纳米材料技术产生影响。”