Ingranazhet molekulare të drejtuara nga tufa në kristale mund të nxisin inovacionin e materialit

Zhvendosja e kthyeshme dhe e kontrolluar nga temperatura e lëvizjes së ingranazheve molekulare në një kristal të ngurtë hap mundësi të reja për dizajnin e materialit.

Ingranazhet janë një komponent thelbësor i makinave të përditshme. Aftësia për të ndërruar marshet, si në një makinë, lejon kontrollin e shkallës ose drejtimit të lëvizjes së krijuar, duke i bërë makinat më të gjithanshme. Tani, një ekip i udhëhequr nga studiues në Institutin për Dizajnimin dhe Zbulimin e Reaksioneve Kimike (WPI-ICReDD) në Universitetin Hokkaido ka raportuar një strategji të re projektimi për realizimin e ingranazheve me madhësi molekulare në kristale dhe shembullin e parë të ndërrimit të ingranazheve molekulare të kontrollueshme në një trup të ngurtë. material. Ata zhvilluan një material kristalor që përmban molekula të ngjashme me ingranazhet, të cilat mund të zhvendosen në mënyrë të kthyeshme midis dy llojeve të lëvizjes. Parimi i projektimit ofron një plan për zhvillimin e materialeve të gjithanshme dhe të reja.

Studiuesit përdorën një molekulë në formë ingranazhi të quajtur triaryltriazine, e cila ka një unazë triazine në qendër me tre unaza fenilen të bashkangjitur në të – të cilat veprojnë si dhëmbët e një ingranazhi. Duke bashkangjitur molekula të mëdha, të palëvizshme në unazat e fenilenit, studiuesit induktuan një rregullim të “tufës së tufës”, ku molekulat ngjitur triaryltriazine rrotullohen 60° nga njëra-tjetra, në vend që të grumbullohen në të njëjtin orientim.

“Dizajni i pirgut të tufës u frymëzua nga sistemi i makinerisë mekanike të tufës në një makinë,” tha profesori i asociuar Mingoo Jin.

Molekulat e palëvizshme të bashkangjitura gjithashtu krijuan hapësirë ​​të mjaftueshme që tre unazat e fenilenit të rrotullohen midis dy pozicioneve në një lëvizje përplasëse. Rregullimi i tufës së molekulave të triariltriazinës mundësoi që molekulat ngjitur të lidheshin me njëra-tjetrën ndërsa unazat e fenilenit rrotulloheshin, njësoj si ingranazhet e ndërthurura. Kjo rezultoi në lëvizjen e ndërlidhur të të gjitha molekulave në pirg.

Kur temperatura u ngrit mbi një prag të caktuar, u vu re një lëvizje e ndryshme e ndërlidhur, në të cilën unazat e fenilenit iu nënshtruan një rrotullimi 180°. Ky ndryshim në lëvizje i atribuohet një tranzicioni fazor në kristal që krijoi më shumë hapësirë ​​midis molekulave ngjitur, duke u dhënë unazave të fenilenit më shumë hapësirë ​​për t’u rrotulluar.

Studiuesit zbuluan se ky ndryshim në lëvizje mund të ndryshohet duke ftohur kristalin, duke shënuar herën e parë që një lëvizje e tillë molekulare e kontrollueshme është vërejtur në një trup të ngurtë. Efekti i ndërrimit të marsheve molekulare mund të rregullohet mirë duke rregulluar madhësinë dhe strukturën e molekulës së palëvizshme të lidhur me molekulën e ingranazhit. Ky rregullim hap derën për zhvillimin e materialeve të reja funksionale që përdorin makinat molekulare kristalore.

“Drejtimi tjetër për kërkimin tonë do të ishte përdorimi i lëvizjes molekulare të ingranuar në kristale për të manipuluar vetitë e ndryshme fizike të materialeve në gjendje të ngurtë, të tilla si emetimi i dritës ose sjellja termike”, komentoi Jin.