Als het gaat om de manier waarop wetenschappers op hun ontdekkingen reageren, "Dat is interessant" valt ergens tussen "Eureka!" en "Uh-oh."

"Interessant" is precies wat Dr. Jeremiah Gassensmith en zijn afgestudeerde student Madushani Dharmarwardana dachten toen ze ongewoon gedrag opmerkten in een monster van kristallen waarmee ze werkten in het chemielab van Gassensmith aan de Universiteit van Texas in Dallas.

Als onderdeel van haar promotieonderzoek Dharmarwardana onderzocht hoe het materiaal, uit een familie van organische halfgeleidende materialen die naftaleendiimiden worden genoemd, verandert van kleur van oranje naar geel als het wordt verwarmd.

"We keken naar dit materiaal als een thermochrome halfgeleider, zei Gassmid, een assistent-professor bij de afdeling Scheikunde en Biochemie van de School voor Natuurwetenschappen en Wiskunde. "Dit soort halfgeleidende materialen veranderen van kleur als de temperatuur verandert. Denk aan bierblikjes die van kleur veranderen als ze koud zijn of kleurveranderende thermometerstrips die je op je voorhoofd legt om te controleren op koorts."

Terwijl Dharmarwardana de kleine kristallen verwarmde - de monsters waren slechts ongeveer een achtste van een inch, of een paar millimeter, in grootte - ze merkte dat ze zouden bewegen, wat onverwacht was.

"De kristallen zouden buigen, spoel, buigen of springen, ze zouden allerlei dingen doen, ' zei Gassensmith. 'Dat was... interessant.'

Hoewel dergelijk thermosalient gedrag - ook bekend als het springende kristaleffect - is waargenomen bij andere soorten kristallen, het was niet waargenomen in deze specifieke klasse van organische halfgeleidende kristallen, aldus Gassmid. Dergelijk gedrag is interessant voor onderzoekers omdat het kan worden misbruikt voor toepassingen zoals micromachines, sensoren, of kleine actuatoren voor medische apparaten en kunstmatige spieren.

Dharmarwardana voerde een nieuwe reeks experimenten uit waarbij ze het ene uiteinde van het kristal op een glazen dekglaasje lijmde en het op een hete plaat plaatste.

"Terwijl de plaat opwarmde, het kristal probeerde altijd weg te buigen van de hitte, "zei ze. "De verklaring hiervoor is dat, zodra het kristal een bepaalde temperatuur bereikt, de rangschikking van moleculen in het kristal verandert. Die veranderingen gaan opeenvolgend door het materiaal, beginnend bij het hete deel dat aan het oppervlak vastzit en zich voortplant. Hierdoor verandert het kristal van vorm."

"We zien kolossale expansie in deze materialen, bijna 20 procent groot, " zei Gassensmith. "Dat is een van de grootste procentuele veranderingen die in een organisch materiaal wordt gezien."

In haar volgende reeks experimenten, Dharmarwardana lijmde kleine roestvrijstalen balletjes op de verankerde kristallen om te zien hoeveel gewicht de kristallen uitkragingen konden tillen als ze werden verwarmd. Omdat de kristallen broos zijn, ze verwachtte dat ze zouden breken onder de last.

"Het verbaasde me toen ik zag dat het de bal daadwerkelijk optilde, omdat het kristal erg klein is in vergelijking met het gewicht, die bijna 100 keer zwaarder was dan het kristal, " zei Dharmarwardana. "Toen ik het experiment ontwierp, Ik had nooit gedacht dat het zou stijgen. Ik dacht dat het het kristal zou breken."

De maximale last die werd opgetild met een 3,5 millimeter lange kristallen cantilever was ongeveer 4 milligram, tot een hoogte van 0,24 millimeter.

Terwijl het kristal afkoelde, het zakte en werd weer recht. Terwijl het opnieuw opwarmen van het materiaal niet resulteerde in een andere vormverandering, het materiaal bleef van kleur veranderen met herhaalde temperatuurveranderingen.

"Dit is geen omkeerbare transformatie, " zei Gassensmith. "Kortom, het kristal begint geladen met de potentiële energie om van vorm te veranderen en de beweging uit te voeren, maar het houdt die energie vast totdat het materiaal een faseovergangstemperatuur bereikt. Op dat punt, het kristal wil deze energie vrijgeven. Als het nergens aan gebonden is, het kristal zal gewoon knallen of krullen, maar door het aan één kant te bevestigen, we kunnen bepalen hoe die energie vrijkomt.

"Het is nog steeds een enkel kristal, maar zijn moleculen bevinden zich nu in een andere verpakkingsrangschikking die een lagere energie heeft."

Gassensmith zei dat de volgende stap is om verschillende variaties van het materiaal verder te onderzoeken. inclusief of het buiggedrag van de materialen kan worden opgenomen in kleurveranderende sensoren of fungeren als een mechanische breker in organische elektronica.

"Het zal interessant zijn om te zien of we deze kristallen elektronisch kunnen krullen, " zei hij. "In principe, we zouden een elektrische stroom moeten kunnen toepassen om dingen op te tillen, in plaats van een heleboel kachels te gebruiken."