En appliquant des techniques de tissage simples et anciennes aux propriétés nouvellement reconnues des cristaux organiques, des chercheurs du Smart Materials Lab (SML) et du Center for Smart Engineering Materials (CSEM) de NYU Abu Dhabi (NYUAD) ont, pour la première fois, développé un modèle unique. forme de « textile » tissé. Ces nouveaux patchs en tissu transforment les cristaux unidimensionnels en structures planaires bidimensionnelles flexibles et intégrées qui sont incroyablement solides (environ 20 fois plus résistantes que les cristaux d'origine) et résistantes aux basses températures.
Ces caractéristiques leur confèrent une multitude d'applications potentielles passionnantes, notamment dans l'électronique flexible allant des dispositifs de détection aux réseaux optiques, ainsi que dans des conditions extrêmes telles que les basses températures rencontrées dans l'exploration spatiale.
Dans l'article intitulé "Woven Organic Crystals" publié dans la revue Nature Communications , Panče Naumov, professeur de chimie à l'NYUAD et directeur du CSEM, et ses collègues de l'Université de Jilin démontrent que les cristaux organiques peuvent être simplement tissés en patchs flexibles et robustes avec des textures unies, sergées et satinées.
Étant donné que les cristaux organiques sont des matériaux intrinsèquement flexibles, les chercheurs ont découvert que les patchs sont non seulement légers, mais également robustes aux impacts mécaniques. Ils sont plus de 15 fois plus résistants à la rupture que les cristaux individuels, reflétant l'action collective renforcée en réponse à la flexion ou à d'autres impacts sur ces éléments structurels enchevêtrés.
Les chercheurs rapportent également que la stabilité thermique du nouveau « tissu cristallin » est un autre atout impressionnant des cristaux flexibles. Bien que la stabilité thermique dépende des cristaux réellement utilisés dans le tissage, les zones cristallines de certains de ces cristaux restent flexibles sur une plage de température d'environ 350 o C, entre –196 o C et 150 o C, ce qui est supérieur à de nombreux polymères ou élastomères qui deviennent normalement cassants en dessous de leur température de transition vitreuse.
Le nouveau tissu reste optiquement transmissif, offrant la possibilité de construire des réseaux de guides d'ondes optiques capables d'effectuer des opérations logiques par excitation laser sélective des cristaux des composants. Les chercheurs rapportent des réseaux optiques de cristaux tissés capables d'exécuter des fonctions logiques simples pour démontrer cette caractéristique.
Lorsque les cristaux organiques ont le rapport hauteur/largeur approprié, ils peuvent être extrêmement conformes mécaniquement et être courbés, courbés ou tordus. Cette flexibilité contre-intuitive des cristaux organiques est probablement enracinée dans leurs faibles interactions intermoléculaires qui peuvent supporter des contraintes importantes sans se fracturer.
"Depuis des milliers d'années, le tissage est utilisé pour produire une gamme de textiles flexibles, mais plus résistants que leurs composants, résistants à l'abrasion et à l'usure et remarquablement durables", a déclaré le Dr Naumov.
"Jusqu'à récemment, les cristaux organiques étaient considérés comme rigides et cassants ; cependant, la prise de conscience qu'ils peuvent avoir des propriétés élastiques extraordinaires a changé ce paradigme, ajoutant non seulement une nouvelle facette à leur ensemble unique de propriétés, mais révélant également une nouvelle direction inexplorée dans science des matériaux. Notre nouveau concept d'utilisation de cristaux comme base d'un tissu tissé ouvre une gamme passionnante d'opportunités pour combiner ces cristaux tissés avec d'autres matériaux pour un nombre incalculable d'applications technologiques. "
Plus d'informations : Linfeng Lan et al, Cristaux organiques tissés, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-43084-7
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université de New York
