华东理工大学化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心教授曲大辉、副教授童非团队，研制了一种新型光活性分子晶体材料MCA，为制造基于螺旋扭曲运动的新型动态有机晶体材料提供了新的范例，并有望应用于未来软体机器人和光致动器等智能体系的开发与构筑。相关研究近日发表于《美国化学会志》。

由于在外部刺激下展现出可控的形态变化和机械运动，动态分子晶体材料在智能开关、人工肌肉、光致动器、光波导器件及纳米机器人等领域具有重要应用价值。单晶X射线衍射等表征手段为深入探究动态分子晶体材料结构与性能间的构效关系提供了便利。此前，学界采用不同的方法，使得晶体可以进行多种不同运动模式，但材料光响应的可逆性和循环稳定性往往不足，从而限制了其实际应用。

研究团队以萘为基本骨架，构建得到了MCA。MCA含有乙烯结构和不对称尾部，在可见光照射和加热下进行可逆反应，形成头-尾堆积的光二聚体分子。研究团队进一步优化制备方法，通过在玻璃表面快速挥发MCA乙醇溶液，高效制备获得结构规整、结晶度高且带有螺旋形貌的晶体纤维。值得一提的是，改变溶剂蒸发温度可以精细调节螺旋纤维的螺距、长度与宽度。

测试结果显示，MCA结晶纤维在光照射下展现解扭曲运动，并在温和加热下重新扭曲，在解扭和扭曲循环过程中，螺旋纤维的结晶性和整体螺旋形态可得到很好保留，从而允许多次往复循环运动。在间歇性光激发和连续加热下，MCA结晶纤维可以在5小时里进行高达200次以上的周期性解扭和扭曲运动。研究表明，光二聚体分子（d-MCA）的含量显著影响螺旋纤维光响应，而只需形成大约10%的d-MCA就足以驱动螺旋纤维进行持续循环运动。（来源：中国科学报 江庆龄）

MCA解扭和扭曲循环图示。图片由研究团队提供

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相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01145