Les engrenages sont un élément essentiel des machines du quotidien. La possibilité de changer de vitesse, comme dans une voiture, permet de contrôler le degré ou la direction du mouvement généré, rendant les machines plus polyvalentes.
Aujourd'hui, une équipe dirigée par des chercheurs de l'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) de l'Université d'Hokkaido a rapporté une nouvelle stratégie de conception pour réaliser des engrenages de taille moléculaire dans des cristaux et le premier exemple de changement de vitesse moléculaire contrôlable dans un solide. matériel.
Ils ont développé un matériau cristallin contenant des molécules ressemblant à des engrenages qui peuvent être déplacées de manière réversible entre deux types de mouvement. Le principe de conception fournit un modèle pour le développement de nouveaux matériaux polyvalents. L'étude est publiée dans le Journal of the American Chemical Society .
Les chercheurs ont utilisé une molécule en forme d'engrenage appelée triaryltriazine, qui possède un anneau central triazine auquel sont attachés trois anneaux phénylène, qui agissent comme les dents d'un engrenage. En attachant des molécules stationnaires et volumineuses aux anneaux phénylène, les chercheurs ont induit un arrangement de « pile d'embrayage », dans lequel les molécules de triaryltriazine adjacentes tournent à 60° les unes par rapport aux autres, plutôt que de s'empiler dans la même orientation.
"La conception de la pile d'embrayage a été inspirée par le système mécanique de l'embrayage d'une voiture", a déclaré le professeur agrégé Mingoo Jin.
Les molécules stationnaires attachées créaient également suffisamment d’espace pour que les trois anneaux phénylène tournent entre deux positions dans un mouvement de battement. La disposition de l'empilement d'embrayage des molécules de triaryltriazine permettait aux molécules adjacentes de s'accrocher les unes aux autres lorsque les anneaux de phénylène tournaient, un peu comme des engrenages imbriqués. Cela a entraîné le mouvement corrélé de toutes les molécules de la pile.
Lorsque la température dépassait un certain seuil, un mouvement corrélé différent était observé, dans lequel les anneaux phénylène subissaient une rotation de 180°. Ce changement de mouvement a été attribué à une transition de phase dans le cristal qui a créé plus d'espace entre les molécules adjacentes, donnant ainsi aux anneaux phénylène plus d'espace pour tourner.
Les chercheurs ont découvert que ce changement de mouvement pouvait être inversé en refroidissant le cristal, ce qui constitue la première fois qu'un tel mouvement moléculaire contrôlable est observé dans un solide. L’effet du changement de vitesse moléculaire pourrait être affiné en ajustant la taille et la structure de la molécule stationnaire attachée à la molécule d’engrenage. Cette possibilité d'ajustement ouvre la porte au développement de nouveaux matériaux fonctionnels qui exploitent les machines moléculaires cristallines.
"La prochaine direction de nos recherches consisterait à utiliser le mouvement moléculaire adapté dans les cristaux pour manipuler différentes propriétés physiques des matériaux à l'état solide, telles que l'émission de lumière ou le comportement thermique", a déclaré Jin.
Plus d'informations : Mingoo Jin et al, Une pile d'embrayages de triaryltriazines pilotée par répulsion stérique :rotations moléculaires corrélées et changement de vitesse thermosensible dans le solide cristallin, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI : 10.1021/jacs.3c08909
Informations sur le journal : Journal de l'American Chemical Society
Fourni par l'Université d'Hokkaido
