揭开分子折纸的面纱动态材料的突破

折纸传统上与折纸联系在一起，现已超越其工艺起源，影响到艺术、科学、工程和建筑等多个领域。最近，折纸原理已扩展到技术领域，其应用范围涵盖太阳能电池和生物医学设备。尽管人们已经在不同规模上探索了折纸启发的材料，但创建基于折纸镶嵌的分子材料的挑战仍然存在。为了应对这一挑战，韩国蔚山国立科学技术学院 (UNIST) 化学系的 Wonyoung Choe 教授领导的研究小组在二维 (2D) 结构方面取得了重大突破。金属有机框架(MOF)在分子水平上展示了前所未有的折纸般的运动。

金属有机框架(MOF)长期以来因其结构灵活性而受到认可，使其成为基于折纸镶嵌的材料的理想平台。然而，它们在这方面的应用仍处于早期阶段。通过开发基于折纸镶嵌的二维 MOF，研究团队取得了一个重要的里程碑。研究人员利用温度依赖性同步加速器单晶 X 射线衍射来证明 2D MOF 响应温度变化的类似折纸的折叠行为。这种行为展示了负热膨胀，并揭示了以前在分子水平上未曾见过的独特的折纸镶嵌图案。

这一突破的关键在于 MOF 的选择，它包含灵活的结构构件。固有的灵活性使得在 2D MOF 中观察到的类似折纸的运动成为可能。该研究强调了材料的可变形网络拓扑。此外，还强调了溶剂在维持 MOF 中二维框架之间的堆积方面的作用，因为它直接影响折叠程度。

“这项突破性的研究为分子水平上的折纸材料开辟了新途径，引入了折纸 MOF 的概念。这些发现不仅有助于理解 MOF 的动态行为，而且还提供了在机械超材料中的潜在应用。” Wonyoung Choe 教授指出。他进一步强调了分子水平控制折纸运动的潜力，作为设计具有独特机械性能的先进材料的平台。该研究还提出了为特定应用定制有机有机骨架的令人兴奋的可能性，包括分子量子计算的进步。

这项研究的结果已发表在 Nature Communications 上，这是 Nature< 的姊妹期刊< /span>，2023 年 12 月 1 日。这项研究得到了韩国国家研究基金会 (NRF) 通过中期职业研究员计划、氢能创新技术开发项目、科学研究中心 (SRC) 的支持)和全球博士学位。奖学金 (GPF)，以及韩国环境产业与发展协会技术研究所 (KEITI) 通过基于环境政策计划的公共技术计划，由韩国环境部 (MOE) 资助。

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