Новости химической науки > Суперохлажденный материал светится при касании

Новый материал, полученный исследователями Университета Мичигана, не только остается жидким при температуре на 300 градусов ниже, чем его ожидаемая температура плавления/замерзания, но и при легком прикосновении образует желтые кристаллы, которые светятся при облучении ультрафиолетом.

Новый материал очень чувствителен – даже живые клетки, находящиеся на пленке сверхохлажденной жидкости, оставляют кристаллические следы – это означает, что разработанный материал в миллион раз чувствительнее, чем известные в настоящее время вещества, реагирующие на давление. Это обстоятельство может обусловить применение данного материала для изготовления новых типов сенсоров на живые клетки; помимо этого механизм, обуславливающий его необычное поведение, может оказаться полезным для новых разработок в области электроники и медицины.

Рисунок из ACS Central Science, 2015; DOI: 10.1021/acscentsci.5b00091

Производители электроники проявляют интерес в создании стеклоподобных материалов на электронной основе, известных как аморфные органические материалы, разработкой которых уже занимаются в Университете Мичигана. Такие материалы дешевле в изготовлении, более просты в обработке и отличаются более высокой эластичностью, чем неорганические полупроводники на основе кремния.

Цзиньсан Ким (Jinsang Kim), исследователи из группы которого обнаружили необычное вещество, отмечает, что в их цели входило лучшее понимание принципов молекулярного дизайна, позволяющих осуществлять более эффективный контроль кристаллизации органических молекул. Он добавляет, что для большей части органических материалов существуют значительные движущие силы, заставляющие их кристаллизоваться, однако эти вещества даже в одних и тех же условиях далеко не всегда образуют кристаллы одинакового качества, что затрудняет контроль над ними.

В ходе работы было изучено семейство органических молекул, применяющихся в изготовлении пигментов и электронных устройств, таких как солнечные ячейки, светоизлучающие диоды и транзисторы, целью исследования был поиск оптимизации путей получения аморфных форм таких веществ. Мотив строения объектов исследования таков – они представляют собой жесткое ядро, обрамленное двумя гибкими боковыми цепями. Если гибкие цепи коротки, жесткий каркас способствует кристаллизации, но при их удлинении взаимодействие цепей направляет другой способ образования конденсированной формы вещества.

Исследователи из Университета Мичигана обнаружили, что изменение длины боковых цепей позволяет регулировать механизм перехода в кристаллическое состояние – этот феномен основан на том, что структурно жесткий внутренний каркас и гибкие цепи работают в противоположных направлениях.

Подбирая соотношение структурных элементов, исследователи смогли получить вещество, которое остается жидким при значительном понижении температуры ниже точки замерзания, оставаясь в сверхохлажденном жидком состоянии, в конце концов переходя в стеклообразное состояние после понижения температуры.

Помимо того, что новое вещество может оставаться сверхохлажденной жидкостью в широком интервале температур, его особенностью является и то, что при касании его в стеклообразной форме чем бы то ни было оно меняет свой цвет с темно-красного на ярко-желтый. Такое изменение окраски связано с тем, что механическое воздействие заставляет цепи контактировать и, фактически, переключает состояние вещества между двумя типами кристаллического состояния.

Источник: ACS Central Science, 2015; DOI: 10.1021/acscentsci.5b00091

метки статьи: #кристаллохимия, #новые материалы, #органическая химия, #химия твердого тела