利用光或热在晶体中产生机械运动日益成为材料科学家关注的焦点。然而，用于此目的的传统机制产生缓慢的响应，并且对厚晶体无效。现在，在一项新的研究中，来自日本的科学家报告并验证了一种新的机制，该机制可以通过光诱导加热在厚晶体中产生快速弯曲运动，为更多功能晶体的光驱动力学打开了大门。gydF4y2Ba

光热效应使几乎所有晶体的高速弯曲运动成为可能，增加了晶体作为驱动材料的潜力和多功能性gydF4y2Ba

在我们的脑海中，“水晶”这个词通常会让人联想到宝石，比如钻石。通常把“硬度”和“刚性”等词与晶体联系在一起，我们很可能不会认为它们是柔性的。然而，某些“分子晶体”在受到光或热的刺激时可以弯曲、扭曲甚至跳跃，由于它们在致动器、人造肌肉和软机器人中的潜在应用，已经引起了化学家、材料科学家和工程师的注意。半岛app官网gydF4y2Ba

分子晶体非凡的机械特性的秘密在于“光异构化”，在这个过程中，分子通过吸收光而呈现出不同的结构。然而，一些缺点，如缓慢的机械响应和有限的波长选择诱导光异构化，限制了分子晶体的适用性。此外，只有非常薄的晶体(高达20微米)才能显示出明显的机械响应。gydF4y2Ba

现在，在最近gydF4y2Ba这项研究发表在gydF4y2Ba美国化学学会杂志gydF4y2Ba在美国，来自日本的科学家利用所谓的“光热效应”，使厚晶体在紫外线下迅速弯曲，这一现象通过用光激发材料产生热量，将事情推向了一个新的水平。来自日本早稻田大学的兼职研究员Hideko Koshima领导了这项研究，他阐述了他们的动机:gydF4y2Ba“去年，我们的团队偶然发现光热效应会导致晶体快速弯曲，但我们无法解释原因。在这种背景下，我们试图创造一种新的、更快的弯曲晶体，并阐明其潜在的机制。”gydF4y2Ba

科学家首先揭露了一个薄弱点gydF4y2BasalicylideneanilinegydF4y2Ba衍生物晶体是一种很有前途的机械晶体候选者，在紫外线下，在大约1秒内获得了大量的弯曲。然而，随着晶体厚度的增加，弯曲角迅速下降，表明弯曲是由光异构化引起的。事情发生了有趣的转变，当用紫外光照射一个厚的(bbb40微米)晶体时，他们观察到在几毫秒内发生了极快的弯曲，这是光热效应的一个明显特征。此外，通过使用脉冲紫外激光，他们可以使晶体以500赫兹(周期/秒)的频率弯曲。gydF4y2Ba

接下来，科学家们利用温度波分析确定了晶体中的热传导，并提出了一种潜在的弯曲机制，其中厚度方向上的非稳定温度梯度产生了高速弯曲。通过数值计算温度梯度，他们模拟了弯曲运动来验证所提出的机制。gydF4y2Ba

研究小组对他们的发现的意义感到兴奋。gydF4y2Ba“由于光热效应发生在几乎所有吸收光的晶体中，任何光都可能以高速移动任何晶体。此外，弯曲运动现在可以模拟，为实际应用提供基础，如在光驱动器。更重要的是，这些光激活的机械晶体可以用来创造新的软机器人结构，确保安全的人机交互。”gydF4y2Ba小岛兴奋地猜测道。gydF4y2Ba

那么，像《超能陆战队》(Big Hero 6)里的大白这样友好安全的机器人伴侣是否在我们的掌握之中呢?Koshima团队的发现无疑让我们朝这个方向迈进了一步。gydF4y2Ba

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参考gydF4y2Ba

作者:长部昭代(1)、萩原由纪(1)、小宫淳(2)、柳美谷(3)、藤泽博树(4)、森川纯子(4)、片山哲郎(5)、山中大树(5)、古部昭弘(5)、佐藤广康(6)、旭彻(1、2、7)、小岛英子(7)gydF4y2Ba

原论文题目:光热驱动高速晶体驱动及其仿真gydF4y2Ba

日报:gydF4y2Ba美国化学学会杂志gydF4y2Ba

DOI:gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1021/jacs.1c03588gydF4y2Ba

社会兼职:gydF4y2Ba

(1)早稻田大学先进科学与工程系gydF4y2Ba

(2)早稻田大学纳米科学与纳米工程系gydF4y2Ba

(3)日本国家计量研究院物质与化学计量研究所gydF4y2Ba

(4)东京工业大学材料与化学工艺学院gydF4y2Ba

(5)日本德岛大学光学科学系gydF4y2Ba

(6)理学株式会社gydF4y2Ba

(7)早稻田大学纳米与生命创新研究机构gydF4y2Ba

早稻田大学简介gydF4y2Ba

早稻田大学位于东京市中心，是一所领先的私立研究型大学，自1882年以来，早稻田大学一直致力于在地方和全球层面上的学术卓越、创新研究和公民参与。该大学在国际活动(包括国际学生数量)方面在日本排名第一，拥有最广泛的全英语授课学位课程。要了解更多关于早稻田大学的信息，请访问gydF4y2Bahttps://www.waseda.jp/top/engydF4y2Ba