北京
这项研究展示了一种从分子层面到宏观尺度，控制材料光学与物理性质的方法。
研究人员开发出一种可逆的、由蒸汽控制的系统，能按需切换先进流体的物理与光学特性。
这项由日本名古屋大学和京都大学牵头的研究，展示了一种从分子水平到宏观尺度调控材料光学及物理性质的方法。
主客体液体系统
该进展的核心是主客体化学。在这一过程中，两种截然不同的分子纯粹通过物理作用力结合在一起，完全不形成永久性的化学键。
研究人员将两种关键成分组合：一种微小的环状管状主体分子，以及一种被称为功能分子液体（FML）的客体材料，后者具有长长的线状碳链。与普通液体相比，这些不挥发的流体具备先进的光学、电子和催化能力。
当二者混合时，FML的碳链会像穿针引线一样，自发滑入主体的中央空腔。所形成的哑铃状复合物瞬间由亮黄色变为深红色，同时从流体硬化成坚硬的固体。
与此同时，其室温磷光——即在黑暗中发出柔和持续光芒的能力——被完全关闭。
这种转变是完全可逆的。当红色固体暴露在己烷蒸汽中时，这种含六个碳原子的气体分子成为竞争者。这些分子涌入主体空腔，将FML挤出去。摆脱笼子束缚后，FML立即液化，变回黄色，并恢复在黑暗中发光。
“我们遇到了一些令人惊讶的发现。起初，将FML与主体分子混合后立即变为红色，这让我们有些担心。我们没料到颜色变化如此明显，更不用说磷光被猝灭，所以我还以为它分解了。相反且幸运的是，己烷蒸汽如期释放出了FML。”谷洋介副教授说道。
一缕蒸汽即可切换
施加真空抽走己烷，系统便重新锁定回红色的固态。团队实时捕捉了这些微观转变，并利用微晶电子衍射（MicroED）验证了该复合物精确的三维结构。
在化学中，弥合单个分子行为与肉眼可见物体的外观或表现之间的鸿沟，是一项难题。在分子层面，原子通过微弱、不可见的力（如弱静电吸引或几何匹配）相互作用。而在宏观尺度，材料具有整体性质，比如是液态还是固态、呈现某种特定颜色，或在黑暗中发光。
超分子化学的主要挑战在于“放大”。例如，要让数万亿个微小的可逆分子运动如此有效地协同，从而引发一场你肉眼可见的戏剧性即时转变。
通常，对分子结构的微小调整在放大到块体材料时会被淹没或丢失。达到这一程度的精确控制，意味着科学家可以设计出能够物理变形的智能材料——只需一缕气体这类简单的环境触发，就能改变颜色、状态或亮度。
这种新的主客体框架，利用气体蒸汽作为环境触发器，为下一代智能材料提供了蓝图。
未来的应用可能包括可重写光学存储器、气体传感安全标签，或能按需改变结构刚度的自适应软体机器人。
该研究成果已发表在期刊《化学科学》上。
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