2017年6月19日
图片来源：Angewandte化学国际版
一些有机晶体加热时会跳跃。这是因为它们的晶体结构发生了极快的变化。在Angewandte Chemie杂志上，科学家们已经证明了晶体在这个过程中会发出声音信号，这可能有助于分析这种现象的特征。研究人员证明，这一过程类似于在钢和某些合金中观察到的马氏体转变。
马氏体是通过淬火奥氏体制成的钢的一种形式，它是一种特殊类型相变的名称。奥氏体的快速冷却不允许原子在较低温度下采用其首选结构。相反，它们一致运动形成马氏体晶格。在跳跃晶体中，大量原子也会一致地改变它们的晶格位置。这一现象的高速发展以及晶体经常爆炸的事实使我们无法证明这一理论，无法理解细节，也无法利用这种众所周知的热效应。这种跳跃晶体能够非常迅速地将热量转化为运动或功，这对于人造肌肉或微型机械臂的开发具有潜在的实用价值。
纽约大学阿布扎比分校的研究小组利用汉堡的德国电子同步加速器（DESY），从跳跃晶体中累积的弹性张力突然释放导致相对较强的声波的假设出发，斯图加特的马克斯·普朗克固态研究所开始工作。在Panče Naumov的领导下，研究人员选择研究植物氨基酸L-焦谷氨酸（L-PGA）的晶体。这些跳跃晶体在加热到65至67°C之间时会改变其晶体结构；如同步辐射X射线结晶学所示，在55.6至53.8°C之间冷却后，它们返回其初始结构。
根据假设，晶体在转变过程中发出清晰的声音信号。这些信号可以用压电传感器记录。这些信号的数量、振幅、频率和形式为研究人员提供了有关这种效应的动力学和机制的信息。与后续声波相比，初始声波的强度和能量明显更高，上升时间更短。这是因为在相变开始时，弹性波通过无缺陷介质的传播效率更高。随着过渡过程的进行，微裂隙的数量增加，从而降低弹性应力。
在L-PGA中，不同晶体结构之间的相界以2.8 m/s的速度发展，比其他相变快数千倍。然而，这两种晶体结构比预期的更相似。这种转变涉及到两个维度的扩张和第三个维度的收缩，所有这些都在0.5-1.7%的范围内。
Naumov说：“我们的研究表明，跳跃晶体是一类类似于无机马氏体的材料，这对于所有有机电子学等应用具有重大意义。”。欧洲杯足球竞彩“声发射技术最终提供了对这些快速转变的直接洞察。我们的结果表明，通常被视为软脆的有机物质和更硬的材料，如金属和金属合金，至少在分子水平上没有那么大的不同。对有机固态的研究可以让我们更好地了解相关的宏观效应。”