Новосибирские ученые впервые в мире получили органический кристалл, сохраняющий пластичность даже при температуре жидкого азота.
Органические кристаллы широко применяются в различной технике, например, в лазерах. Если зажать органический материал с двух сторон и с обратной стороны надавить на него, то при таком трехточечном давлении он должен сломаться.
Исследователи Института химии твердого тела и механохимии СО РАН обнаружили и описали кристалл соли — кислый малеат L-лейциния, — полученная методом медленного испарения. L-лейцин и малеиновую кислоту растворяли в дистиллированной воде, а затем капли этого раствора наносили на специально подготовленное стекло, где они медленно испарялись.
Чтобы посмотреть, как соединение ведет себя в различных условиях, его охладили от комнатной температуры до минус 173 градусов. Ученые заметили, что внутренняя структура кристалла не претерпевает значительных изменений. На основании этих данных они предсказали, что он должен сохранить свою способность гнуться и не возвращаться в исходную форму — пластичность — и при низких температурах.
Самый наглядный способ проверить это — погрузить кристалл в жидкий азот, таким образом охладив до его температуры минус 195,75 градусов и попробовать его согнуть.
«С помощью инструментов мы создали трехточечное давление и согнули кристалл. Изучая литературу, мы не нашли других упоминаний и поняли, что это первый случай в мире», — цитирует «Наука в Сибири» замдиректора ИХТТМ СО РАН по научной работе Денис Рычков.
Затем исследователи начали разбираться в природе механизма изгиба на молекулярном уровне. Основная теория заключается в том, что в структуре есть как сильные, так и слабые связи, которые чередуются слоями.
Точно так же пачка бумаги гнется посередине, потому что один лист может двигаться относительно другого. Так же и с кристаллами: молекулы образуют слои, и внутри слоя молекулы держатся друг за друга сильно, а между собой — довольно слабо. Когда взаимодействия между слоями слабые, они могут скользить, и это позволяет изгибать такие объекты.
«Открытие такого эффекта приближает нас к тому, чтобы проектировать новые классы веществ и органических материалов, которые могут эксплуатироваться при экстремально низких температурах. В дальнейшем мы планируем сформулировать критерии не только качественные, но и количественные: какие связи должны образовываться, какие расстояния должны быть между слоями, для того чтобы точно можно было сказать, будет какое-либо соединение иметь такое свойство или нет», — сказал Рычков.
