Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН и ЦКП «СКИФ» сравнили два гибких органических кристалла, чтобы понять причины их механических свойств. Работа опубликована в The Journal of Physical Chemistry C.
Гибкие органические кристаллы перспективны для применения в сенсорах, микроробототехнике и дисплеях. Однако параметры, определяющие их гибкость, до конца не изучены. Свойство часто фиксируют экспериментально, вырастив и согнув кристалл, без глубокого понимания физических принципов. Цель исследователей — выявить характеристики, влияющие на гибкость, чтобы в будущем можно было предсказывать и проектировать материалы с нужными свойствами. В работе изучались кристаллы гексахлорбензола и гексабромбензола. Оба материала гибкие, но второй гнется значительно хуже и является более жестким.
С помощью расчетных методов ученые проанализировали взаимодействия на атомном, молекулярном и межслойном уровнях, определив энергию связей. Общепринятая гипотеза связывает гибкость со слоистой структурой, где при деформации слои смещаются относительно друг друга, подобно листам бумаги в стопке.
Абсолютные энергетические характеристики гексабромбензола оказались примерно в два раза выше, чем у гексахлорбензола. Однако это не объясняло наличие или отсутствие самого свойства гибкости. Тогда ученые рассчитали энергию, необходимую для скольжения одного слоя относительно другого. При сравнении этого параметра в относительных величинах — как доли от общей энергии кристалла — проценты для обоих веществ совпали. Это указывает, что именно относительная энергия скольжения может служить маркером гибкости. Абсолютные же величины, вероятно, определяют, насколько легко конкретному кристаллу деформироваться.
Полученные данные, такие как энергия взаимодействия отдельных молекул, сложно извлечь чисто экспериментальными методами. Расчетные подходы выступают в роли численного эксперимента, позволяя моделировать процессы деформации. В дальнейшем подобные исследования планируется проводить с использованием возможностей Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов».
Ранее Наука Mail рассказывала, что найдены органические кристаллы небывалой прочности.
