Onderzoekers uit Queensland hebben aangetoond dat eenkristallen, meestal beschouwd als broos en inelastisch, zijn flexibel genoeg om herhaaldelijk te worden gebogen en zelfs in een knoop te worden gebonden.

Onderzoekers van de Queensland University of Technology (QUT) en de University of Queensland (UQ) bepaalden en maten het structurele mechanisme achter de elasticiteit van de kristallen tot op atomair niveau.

Hun werk, gepubliceerd in Natuurchemie , opent de deur voor het gebruik van flexibele kristallen in toepassingen in de industrie en technologie.

Het onderzoek werd geleid door ARC Future Fellows Associate Professor Jack Clegg in UQ's School of Chemistry and Molecular Biosciences en Associate Professor John McMurtrie in de Science and Engineering Faculty van QUT.

Universitair hoofddocent McMurtrie zei dat de resultaten het conventionele denken over kristallijne structuren uitdaagden.

"Kristalen zijn iets waar we veel mee werken - ze worden meestal in kleine blokken gekweekt, zijn hard en broos, en wanneer ze worden geraakt of gebogen, barsten of versplinteren ze, " hij zei.

"Hoewel eerder is waargenomen dat sommige kristallen kunnen buigen, dit is de eerste studie om het proces in detail te onderzoeken.

"We ontdekten dat de kristallen traditionele kenmerken vertonen van niet alleen harde materie, maar zachte materie zoals nylon."

De onderzoekers kweekten buigbare kristallen ongeveer zo breed als een vislijn en tot vijf centimeter lang uit een gewone metaalverbinding - koper (II) acetylacetonaat. Ze brachten veranderingen in de atomaire schaalstructuur in kaart toen de kristallen werden gebogen met behulp van röntgenmetingen die werden uitgevoerd bij de Australische Synchrotron.

Kristallen van zes andere structureel verwante verbindingen, sommige bevatten koper en sommige andere metalen, werden ook getest en flexibel bevonden.

Universitair hoofddocent Clegg zei dat de experimenten hebben aangetoond dat de kristallen herhaaldelijk kunnen worden gebogen en snel in hun oorspronkelijke vorm kunnen terugkeren zonder tekenen van breken of barsten wanneer de kracht die ze buigt wordt verwijderd.

"Onder spanning roteren en reorganiseren de moleculen in het kristal omkeerbaar om de compressie en uitzetting die nodig is voor elasticiteit mogelijk te maken en toch de integriteit van de kristalstructuur te behouden, " hij zei.

"Het vermogen van kristallen om flexibel te buigen heeft verstrekkende gevolgen voor industrie en technologie.

"Crystallinity is een eigenschap die ten grondslag ligt aan een verscheidenheid aan bestaande technologieën, inclusief lasers en halfgeleiders die in bijna elk elektronisch apparaat worden gebruikt, van dvd-spelers tot mobiele telefoons en computers.

"Maar de hardheid die ze geschikt maakt voor industriële componenten met een hoge sterkte, beperkt hun gebruik in andere technologieën. Flexibele kristallen zoals deze kunnen leiden tot nieuwe hybride materialen voor tal van toepassingen, van onderdelen van vliegtuigen en ruimtevaartuigen tot onderdelen van bewegings- of druksensoren en elektronische apparaten."

Universitair hoofddocent McMurtrie zei dat de methode die de onderzoekers hebben ontwikkeld om de veranderingen tijdens het buigen te meten, ook kan worden gebruikt om de flexibiliteit in andere kristallen te onderzoeken.

"Dit is een opwindend vooruitzicht, aangezien er al miljoenen verschillende soorten kristallen bekend zijn en er nog veel meer moeten worden ontdekt, " hij zei.

"Het buigen van het kristal verandert zijn optische en magnetische eigenschappen, en onze volgende stap is om deze optische en magnetische reacties te onderzoeken met het oog op het identificeren van toepassingen in nieuwe technologieën."