糖衍生的有机晶体刚性与铝相当
来源:科技日报
糖做成的晶体,竟然能“硬”到接近铝。一个国际研究团队发现,一种由糖衍生而来的有机晶体——黏液酸晶体,在力学性能上表现出极高的刚性,几乎与金属铝相当。这一发现刷新了人们对有机材料“不够结实”的传统印象,相关成果发表于最近的《化学科学》杂志。
“刚性”通常以杨氏模量来衡量,反映材料在受力时抵抗形变的能力。日常生活中,钢铁、陶瓷往往被视为高刚性材料,而糖、柠檬酸等有机分子则常被认为结构松散、容易破碎。但团队发现,只要分子在晶体中高度有序、紧密排列,有机材料同样能展现出出人意料的力学性能。
黏液酸是一种常见的糖衍生化合物,广泛应用于医药和食品工业。团队在室温条件下,让黏液酸水溶液缓慢蒸发,生长出高质量晶体,并对其进行力学性能测试。
结果显示,在特定晶向上,黏液酸晶体的抗形变能力尤为突出,其杨氏模量达到50.25吉帕,创下有机晶体的最高纪录。作为对比,纯铝的杨氏模量约为70吉帕。这意味着,这种由轻元素构成的有机晶体,在刚性水平上已接近常见金属材料。
黏液酸晶体的异常刚性,源于其高致密晶体结构以及由大量氢键构成的三维网络。这些微观尺度上的“分子连接”如同支架一般,使外部应力能在晶体内均匀分散,从而显著增强整体抗形变能力。
这类兼具轻量化与高刚性的有机材料,有望在电子器件、药物制剂等领域发挥作用,为材料设计提供新思路。
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