Door eenvoudige, eeuwenoude weeftechnieken toe te passen op nieuw erkende eigenschappen van organische kristallen, hebben onderzoekers van het Smart Materials Lab (SML) en het Center for Smart Engineering Materials (CSEM) van NYU Abu Dhabi (NYUAD) voor het eerst een uniek vorm van geweven ‘textiel’. Deze nieuwe stoffen patches breiden eendimensionale kristallen uit tot flexibele, geïntegreerde, tweedimensionale vlakke structuren die ongelooflijk sterk zijn (zo'n 20 keer sterker dan de originele kristallen) en bestand zijn tegen lage temperaturen.

Deze eigenschappen geven ze een groot aantal opwindende potentiële toepassingen, waaronder in flexibele elektronica die varieert van sensorapparatuur tot optische arrays, maar ook in extreme omstandigheden zoals lage temperaturen die voorkomen bij ruimteverkenning.

In het artikel getiteld "Woven Organic Crystals", gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications Panče Naumov, hoogleraar scheikunde aan de NYUAD en directeur van de CSEM, en collega's van de Jilin Universiteit laten zien dat organisch kristal eenvoudig kan worden geweven tot flexibele en robuuste plekken met effen, twill- en satijntexturen.

Omdat de organische kristallen inherent flexibele materialen zijn, ontdekten de onderzoekers dat de pleisters niet alleen licht van gewicht zijn, maar ook bestand zijn tegen mechanische schokken. Ze zijn meer dan 15 keer beter bestand tegen falen dan de individuele kristallen, wat de verbeterde collectieve actie weerspiegelt als reactie op verbuiging of andere impact op deze verstrengelde structurele elementen.

De onderzoekers melden ook dat de thermische stabiliteit van het nieuwe ‘kristallijne weefsel’ een ander indrukwekkend voordeel van de flexibele kristallen is. Hoewel de thermische stabiliteit afhangt van de werkelijke kristallen die bij het weven worden gebruikt, blijven de kristallijne plekken van sommige van deze kristallen flexibel over een temperatuurbereik van ongeveer 350 o C, tussen –196 ^o C en 150 ^o C, wat superieur is aan veel polymeren of elastomeren die normaal gesproken bros worden onder hun glasovergangstemperatuur.

Het nieuwe weefsel blijft optisch doorlatend en biedt de mogelijkheid om netwerken van optische golfgeleiders te construeren die logische bewerkingen kunnen uitvoeren door selectieve laserexcitatie van de componentkristallen. De onderzoekers rapporteren optische arrays van geweven kristallen die eenvoudige logische functies kunnen uitvoeren om dat kenmerk aan te tonen.

Wanneer organische kristallen de juiste aspectverhouding hebben, kunnen ze mechanisch buitengewoon soepel zijn en ofwel gebogen, gekruld of gedraaid. Deze contra-intuïtieve flexibiliteit van organische kristallen is waarschijnlijk geworteld in hun zwakke intermoleculaire interacties die grote spanningen kunnen verdragen zonder te breken.

"Al duizenden jaren wordt weven gebruikt om een ​​reeks textielsoorten te produceren die flexibel zijn, maar toch sterker dan de materialen waaruit ze bestaan, bestand zijn tegen slijtage en opmerkelijk duurzaam", aldus Dr. Naumov.

‘Tot voor kort werden organische kristallen als stijf en broos beschouwd; het besef dat ze buitengewoon elastische eigenschappen kunnen hebben heeft dat paradigma echter veranderd, niet alleen door een nieuw facet toe te voegen aan hun unieke reeks eigenschappen, maar ook een onontgonnen nieuwe richting te onthullen. materiaalkunde. Ons nieuwe concept om kristallen te gebruiken als basis voor een geweven stof opent een opwindende reeks mogelijkheden om deze geweven kristallen te combineren met andere materialen voor een onnoemelijk aantal technologische toepassingen."

Meer informatie: Linfeng Lan et al, Geweven organische kristallen, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43084-7

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door New York University