2017年6月19日
图片来源:Angewandte Chemie International Edition
一些有机晶体在加热时跳跃。这是因为它们的晶体结构发生了极快的变化。在《Angewandte Chemie》杂志上，科学家们现在已经证明，晶体在这个过程中会发出声音信号，这可能有助于分析这种现象的特征。研究人员证明，这一过程类似于在钢和一些合金中观察到的马氏体转变。
马氏体是由淬火奥氏体制成的钢的一种形式，它是一种特殊类型的相变。奥氏体的快速冷却不允许原子在较低的温度下采用它们的首选结构。相反，它们一致移动以形成马氏体晶格。在跳跃晶体中，大量原子也会同步改变晶格位置。这种现象的高速发展和晶体经常爆炸的事实，使得以前不可能证明这一理论，理解细节，并利用这种众所周知的热效应。跳跃晶体能够非常迅速地将热量转化为运动或功，这种能力对开发人造肌肉或微型机械臂有潜在的帮助。
假设跳跃晶体中累积的弹性张力的突然释放会产生相对强烈的声波，类似于地震产生的地震波，来自纽约大学阿布扎比分校的研究小组，汉堡的德国电子同步加速器(DESY)，斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所开始着手工作。在Panče Naumov的带领下，研究人员选择研究植物氨基酸l -焦谷氨酸(L-PGA)的晶体。当加热到65到67°C时，这些跳跃晶体会改变它们的晶体结构;它们在55.6到53.8°C之间冷却后返回到初始结构，正如同步辐射x射线晶体学所证明的那样。
正如所假定的那样，晶体在过渡过程中发出清晰的声音信号。这些信号可以用压电传感器记录下来。信号的数量、振幅、频率和形式为研究人员提供了有关这种效应的动力学和机制的信息。初始声波的强度和能量明显高于后续声波，上升时间明显短于后续声波。这是因为在相变开始时弹性波在无缺陷介质中的传播更为有效。随着过渡过程的进行，微裂纹数量增加，弹性应力降低。
在L-PGA中，不同晶体结构之间的相界进展速度为2.8 m/s，比其他相变快几千倍。然而，这两种晶体结构比预期的更相似。这一转变涉及两个方面的扩张和第三方面的收缩，所有这些都仅在0.5% - 1.7%的范围内。
“我们的研究表明跳跃晶体是一类类似于无机马氏体的材料，这可能对诸如全有机电子等应用具有重大意义。”Naumov说。亚博网站下载“声发射技术最终提供了对这些快速转变的直接洞察。我们的研究结果表明，通常被认为是软而脆的有机物和硬得多的材料，如金属和金属合金，至少在分子水平上，并没有太大的不同。亚博网站下载对有机固态的研究可以让我们更好地理解相关的宏观效应。”