Applicando semplici e antiche tecniche di tessitura alle proprietà recentemente riconosciute dei cristalli organici, i ricercatori dello Smart Materials Lab (SML) e del Center for Smart Engineering Materials (CSEM) della New York University Abu Dhabi (NYUAD) hanno, per la prima volta, sviluppato un metodo unico forma di tessuto "tessuto". Questi nuovi cerotti in tessuto espandono i cristalli unidimensionali in strutture planari bidimensionali flessibili e integrate, incredibilmente forti (circa 20 volte più forti dei cristalli originali) e resistenti alle basse temperature.

Queste caratteristiche offrono loro una serie di interessanti potenziali applicazioni, anche nell'elettronica flessibile che spazia dai dispositivi di rilevamento agli array ottici, nonché in condizioni estreme come le basse temperature incontrate nell'esplorazione spaziale.

Nell'articolo intitolato "Woven Organic Crystals" pubblicato sulla rivista Nature Communications , Panče Naumov, professore di chimica della NYUAD e direttore del CSEM, e colleghi dell'Università di Jilin dimostrano che il cristallo organico può essere semplicemente tessuto in toppe flessibili e robuste con texture semplici, twill e satinate.

Poiché i cristalli organici sono materiali intrinsecamente flessibili, i ricercatori hanno scoperto che i cerotti non solo sono leggeri ma anche resistenti agli urti meccanici. Sono più di 15 volte più resistenti ai guasti rispetto ai singoli cristalli, riflettendo la maggiore azione collettiva in risposta alla flessione o ad altri impatti su questi elementi strutturali aggrovigliati.

I ricercatori riferiscono inoltre che la stabilità termica del nuovo “tessuto cristallino” è un altro vantaggio impressionante dei cristalli flessibili. Sebbene la stabilità termica dipenda dai cristalli effettivamente utilizzati nella tessitura, le zone cristalline di alcuni di questi cristalli rimangono flessibili in un intervallo di temperature di circa 350 ^o C, tra –196 ^o C e 150 ^o C, che è superiore a molti polimeri o elastomeri che normalmente diventano fragili al di sotto della temperatura di transizione vetrosa.

Il nuovo tessuto rimane otticamente trasmissivo, offrendo l'opportunità di costruire reti di guide d'onda ottiche in grado di eseguire operazioni logiche mediante eccitazione laser selettiva dei cristalli componenti. I ricercatori riportano matrici ottiche di cristalli intrecciati che possono eseguire semplici funzioni logiche per dimostrare tale caratteristica.

Quando i cristalli organici hanno le proporzioni appropriate, possono essere estremamente cedevoli dal punto di vista meccanico e piegati, arricciati o attorcigliati. Questa flessibilità controintuitiva dei cristalli organici è probabilmente radicata nelle loro deboli interazioni intermolecolari che possono sostenere grandi stress senza fratture.

"Per migliaia di anni, la tessitura è stata utilizzata per produrre una gamma di tessuti flessibili, ma allo stesso tempo più resistenti dei materiali che li compongono, resistenti all'abrasione e all'usura e straordinariamente durevoli", ha affermato il dottor Naumov.

"Fino a poco tempo fa, i cristalli organici erano considerati rigidi e fragili; tuttavia, la consapevolezza che possono avere straordinarie proprietà elastiche ha cambiato quel paradigma, non solo aggiungendo un nuovo aspetto al loro insieme unico di proprietà, ma rivelando anche una nuova direzione inesplorata scienza dei materiali. Il nostro nuovo concetto di utilizzo dei cristalli come base per un tessuto apre un'entusiasmante gamma di opportunità per combinare questi cristalli intrecciati con altri materiali per un numero incalcolabile di applicazioni tecnologiche."

Ulteriori informazioni: Linfeng Lan et al, Cristalli organici intrecciati, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43084-7

Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura

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