《Nature Communications》： 编织有机晶体！

编织结构是通过纤维成分的物理缠结，将一维材料扩展成二维材料，增强强度和耐磨性。在此，来自美国纽约大学的Panče Naumov &吉林大学的张红雨等研究者，利用具有高纵横比的长有机晶体的弹性特性，来制备一组厘米大小的编织网络结构。相关论文以题为“Woven organic crystals”发表在Nature Communications上

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43084-7

追溯至七千多年前，编织是人类已知的最古老的手工艺之一。编织物品的最早证据来自于旧石器时代，那时人类使用根和植物表皮编织网以便携带用于打猎的石头。编织结构如织物或布料的创造有两重目的：实用和装饰。传统的编织技术，许多至今仍常用，基于包裹、缠绕、打结、编织、钩编或编辫由植物纤维或动物毛发制成的纱线，主要用于制作家用或技术性纺织品以提供热绝缘和保护。这些常见可穿戴产品的卓越机械性能和视觉吸引力最近启发了分子尺度编织策略的发展。编织过程需要由天然或合成（聚合物）纤维制成的纱线，这些纤维具有适当的弹性，能在编织成二维结构时弯曲而不断裂。

随着从刚性到柔性设备的预期转变，编织光电纺织品已被认为是可穿戴电子的潜在平台，对重量轻、柔性和舒适可穿戴的电子纺织品需求日益增加。这些元素的可行性已在包括可穿戴超级电容器、传感器、存储设备、发光二极管和晶体管等应用中得到证明。尽管这些应用需要有机材料如粉末或玻璃，但它们尚未利用有机晶体材料，这些材料潜在的优势在于缺乏主要结构缺陷，同时带来具有周期性有序结构、光学透明度和结构-性能各向异性的好处。

最近，人们意识到，分子间的弱相互作用使得细长的分子晶体显著地灵活和动态——这些属性现在正被用于灵活光电器件的探索，如主动和被动波导、激光器、传感技术、可重构光学电路和其他需要智能材料的应用。然而，分子晶体的一个主要限制是，与可以在软化时拉成纤维的聚合物和无机玻璃不同，它们只能生长到受结晶动力学等因素限制的小尺寸。因此，它们尚未被视为与聚合物、弹性体和树脂等竞争材料，后者原则上可以变形为任意形状和大小。

在此，研究者利用某些有机晶体的非凡弹性，应用人类最古老的技术之一—编织，来制备概念上类似于织物的扩展二维结构。研究者还探索了单个组成晶体的大小与宽度、长度、紧密度、覆盖因子和随后产生的晶体编织结构的密度等属性之间的关联。此外，研究者展示了可以将多种编织方法应用于晶体，包括具有不同密度的经纱和纬纱的平纹、斜纹和缎纹编织。个别晶体的光学透明性被保留，晶体贴片对光线透射，可用于通过选择性激发不同交叉点来执行逻辑操作。受到最近用于电子应用的其他一些弹性晶体的启发，这种方法对于制造具有导电能力的复合编织晶体网络非常有前景，预期并设计用作逻辑电路。

图1 编织有机晶体。

图2 编织晶体的种类和晶体补丁的基本特征。

图3 各种水晶编织图案。

图4 织晶片的织理轮廓。

图5 织晶在高温和低温下的机械稳定性。

图6 通过异质织晶片的光传输。

图7 基于编织发射晶片的光传输网络。

综上所述，研究者开发了一种织造方法来制备类似于普通纺织品的柔性有机单晶片。该方法不局限于晶体的类型，研究者成功地从相同的和不同的柔性有机晶体制备了各种各样的晶体片。这些晶体，既有平纹的，也有扭曲的，以平纹、斜纹和缎纹的形式编织而成。与单个晶体相比，这些补丁的抗破坏能力大约是其15倍，这反映了它们增强的集体坚固性。这种结晶织物的热稳定性取决于晶体对高温或低温的弹性。

通过选择晶体，补丁在77k和423k之间保持柔性。此外，研究者提出了一个基于编织晶体波导的光学阵列模型，利用晶体在混合贴片中的规则排列。在更广泛的背景下，晶体贴片提供了一种将一维晶体扩展到柔性集成二维平面结构的方法，在从传感设备到光学阵列的柔性电子产品中具有潜在的未来应用。（文：水生）

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