Результаты опубликованы в журнале Nature Communications и подтверждают феномен памяти формы в двух органических полупроводниковых материалах.Такие устройства, как расширяемые стенты, которые открывают и разблокируют забитые кровеносные сосуды человека, используют технологию памяти формы. Тепло, свет и электрические сигналы или механические силы передают информацию через устройства, предлагая им расширяться, сжиматься, сгибаться и трансформироваться обратно в свою первоначальную форму — и могут делать это неоднократно, как змея, сжимающаяся, чтобы проглотить свой обед. Этот эффект хорошо работает с металлами, но остается неуловимым в синтетических органических материалах из-за сложности молекул, используемых для их создания.
«Явление памяти формы является обычным явлением в природе, но мы не совсем уверены в законах природы на молекулярном уровне», — сказал профессор химической и биомолекулярной инженерии и соавтор исследования Инь Дяо. «Природа использует органические соединения, которые сильно отличаются от металлических сплавов, используемых в материалах с памятью формы, имеющихся сегодня на рынке», — сказал Диао. «В природных материалах с памятью формы молекулы трансформируются совместно, что означает, что все они движутся вместе во время изменения формы. В противном случае эти материалы разрушатся, и изменение формы не будет обратимым и сверхбыстрым».По словам Диао, открытие механизма памяти формы в синтетических органических материалах было весьма удачным. Команда случайно создала большие органические кристаллы, и ей было любопытно узнать, как они будут преобразовываться при нагревании.
«Мы посмотрели на монокристаллы под микроскопом и обнаружили, что процесс трансформации кардинально отличается от ожидаемого», — сказал аспирант и соавтор Хёнджун Чон. «Мы видели согласованное движение целого слоя молекул, проходящих через кристалл, которые, кажется, вызывают эффект памяти формы — то, что редко наблюдается в органических кристаллах и поэтому в значительной степени не исследовано».Это неожиданное наблюдение побудило команду исследовать слияние материаловедения с памятью формы и области органической электроники, говорят исследователи. «Современная электроника требует включения и выключения транзисторов, что является очень энергоемким процессом», — сказал Диао. «Если мы сможем использовать эффект памяти формы в пластиковых полупроводниках для совместной модуляции электронных свойств, это потребует очень низкого энергопотребления, что потенциально может способствовать развитию маломощной и более эффективной электроники».Команда в настоящее время использует тепло для демонстрации эффекта памяти формы, но экспериментирует со световыми волнами, электрическими полями и механической силой для будущих демонстраций.
Они также изучают молекулярное происхождение механизма памяти формы, изменяя молекулярную структуру своих материалов. «Мы уже обнаружили, что изменение всего лишь одного атома в молекуле может значительно изменить явление», — сказал Чанг.По словам Диао, исследователи очень воодушевлены аспектом молекулярной кооперативности, обнаруженным в ходе этого исследования, и его потенциальным применением в недавней получившей Нобелевскую премию концепции молекулярных машин. «Эти молекулы могут кооперативно изменять конформацию на молекулярном уровне, и изменение небольшой молекулярной структуры усиливается на миллионы молекул, вызывая большое движение в макроскопическом масштабе».Группа Диао сотрудничала с профессором Ивом Гертсом из Свободного университета Брюсселя, Бельгия, и профессорами Давидом Бельжонном и Жеромом Корнилом из Университета Монса, Бельгия.
Иллинойсский университет, Бельгийский национальный фонд научных исследований, Фонд Винера-Анспаха, Leverhulme Trust и Isaac Newton Trust поддержали это исследование.