日首次發(fā)現(xiàn)某些有機晶體也具有超彈性

【摘要】眾所周知，橡膠是有彈性的。日本橫濱市立大學(xué)的研究人員首次在有機晶體中發(fā)現(xiàn)了另一種完全不同形式的超彈性，其源于晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分子變化，此前這種現(xiàn)象只在合金和某些無機材料中被發(fā)現(xiàn)。

    眾所周知，橡膠是有彈性的。日本橫濱市立大學(xué)的研究人員首次在有機晶體中發(fā)現(xiàn)了另一種完全不同形式的超彈性，其源于晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分子變化，此前這種現(xiàn)象只在合金和某些無機材料中被發(fā)現(xiàn)。這類超彈性有機晶體在建筑和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當中具有潛在應(yīng)用價值。該研究結(jié)果刊登在最新一期的德國《應(yīng)用化學(xué)》雜志上。

    超彈性，也被稱為“偽彈性”，是特殊材料經(jīng)受極度的變形，當壓力被釋放后，可以恢復(fù)到原來形狀的能力。其使一些合金被拉長至普通彈簧鋼的十倍以上而沒有發(fā)生永久變形。該機制與涉及到橡膠狀物質(zhì)的正常彈性不同。在橡膠中，聚合物鏈通過張力被拉伸，而在超彈性材料中，機械應(yīng)力觸發(fā)晶體結(jié)構(gòu)，沒有單個原子位置的變化；當應(yīng)力去除，材料恢復(fù)到原來的結(jié)構(gòu)。

    該大學(xué)研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種叫做terepthalamide的有機水晶就具有超彈性。這種晶體只需施加很小的應(yīng)力下就能表現(xiàn)出出人意料的超彈性行為。

    最初在這種晶體的一個特定表面上作用剪切應(yīng)力導(dǎo)致其彎曲，然后再過渡到不同的結(jié)晶相。所施加的壓力越大，整個晶體遍布的這種狀態(tài)越多。當張力被釋放后，又可恢復(fù)到其原始結(jié)構(gòu)。研究人員重復(fù)這種超彈性變形100次，該材料沒有出現(xiàn)疲損跡象。

    據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月8日（北京時間）報道，該晶體由單個有傾斜的分子構(gòu)成，如同“AAAAA這樣層層排列”。當作用剪切應(yīng)力時，引起分子層內(nèi)的角度發(fā)生變化，形成了塞滿密集的“A'BA'BA'B層的排列”。原各層本是由氫網(wǎng)合在一起，在壓力下破裂，在相變過程中重新排列。

    有機超彈性材料可用作建筑上的有趣的候選材料，在應(yīng)用中具有類似“自我修復(fù)”汽車零部件的“形狀記憶”。還可應(yīng)用于包括由單組件和抑制振動的關(guān)節(jié)。在醫(yī)學(xué)移植領(lǐng)域，這類材料制成的植入物可以很容易經(jīng)受變形并返回到之前理想的形狀和尺寸。