Видимый свет сделал органическую пленку толще за счет переноса электронов

Ren Group / University at Buffalo
Химики впервые получили композитный органический двумерный материал, который расширяется при облучении светом за счет переноса электронов от одного типа молекул в кристалле к другому. Этот перенос становится причиной изменения конформации молекулярного комплекса внутри пленки, что приводит к изменению ее толщины, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.
При создании механических сенсоров часто используются материалы, которые меняют свой размер под влиянием внешнего неконтактного воздействия, в частности, при приложении электрического или магнитного поля. Расширение этих материалов происходит за счет электрострикционных или магнитострикционных свойств, соответственно, и встречается не так редко. Значительно более редкий тип подобного изменения формы — фотострикция, при которой деформация кристалла происходит за счет облучения его светом. Такое поведение характерно для некоторых неполярных полупроводников, пьезоэлектриков или органических полимеров, однако для всех этих материалов эффект довольно слабый и не превышает единиц процентов. Известно, что к фотострикционному эффекту приводит изменение длины химических связей под действием света, однако точные его механизмы, особенно в новых классах материалов, остаются до конца не изученными.
Химики из США и Китая под руководством Шэньцяна Жэня (Shenqiang Ren) из Университета штата Нью-Йорк в Буффало обнаружили, что фотострикционный эффект характерен для еще одного класса материалов — комплексных органических двумерных нанопленок, состоящих из молекул дибензотетратиофульвалена (ДБТТФ) и молекул фуллерена C60. Из-за особенностей геометрии молекул ДБТТФ и сильного взаимодействия между ДБТТФ и фуллереном, такой композит образует двумерные кристаллические слои толщиной в несколько десятков нанометров. В этой кристаллической структуре молекулы ДБТТФ и фуллерена чередуются, при этом первая выступает в качестве донора электронов, а вторая — в качестве акцептора. Стоит отметить, что в отличие от, например, неорганических кристаллов молекулы в такой органической двумерной структуре связаны между собой довольно слабыми и длинными связями (в частности, водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса), что значительно облегчает возможность деформировать такую пленку.
По словам авторов исследования, в будущем подобные органические фотострикционные материалы можно будет использовать, например, в качестве двумерных механических микросенсоров или актуаторов. Поскольку эти пленки контролируемо (и при этом достаточно сильно) деформируются при облучении, а кроме этого, обладают гибкостью и коротким временем отклика, они могут стать важным материалом как для фундаментальных, так и практических приложений.
Чтобы с помощью облучения светом изменить геометрию двумерных кристаллов, можно использовать самые разнообразные подходы. Например, за счет взаимодействия света с дефектами в графене ученым удалось локально «надуть» двумерный плоский кристалл, создав в нем объемные области в форме пирамид и полусфер. А покрыв графен полимерными полосками, китайские химики разработали технологию сгибания графена с помощью инфракрасного излучения.
Александр Дубов