Giant anisotropic thermal expansion actuated by thermodynamically assisted reorientation of imidazoliums in a single crystal
Giant anisotropic thermal expansion actuated by thermodynamically assisted reorientation of imidazoliums in a single crystal
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单晶中咪唑鎓热力学辅助重新取向驱动的巨大各向异性热膨胀
DOI：
10.1038/s41467-019-12833-y
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发表时间：
2019-10
影响因子：
16.6
通讯作者：
Tao Jun
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yao Zi Shuo;Guan Hanxi;Shiota Yoshihito;He Chun Ting;Wang Xiao Lei;Wu Shu Qi;Zheng Xiaoyan;Su Sheng Qun;Yoshizawa Kazunari;Kong Xueqian;Sato Osamu;Tao Jun
材料表现出不寻常的大的正和负的热膨胀是迷人的，因为它们的潜在应用作为高精度的微尺度致动器和热膨胀补偿器的正常固体。然而，操纵分子运动以执行材料的巨大热膨胀仍然是一个艰巨的挑战。在这里，我们报告了一个单晶铜（II）配合物表现出巨大的热膨胀驱动的集体重新取向的咪唑。环状分子阳离子在高温下是旋转无序的，在低温下是静态有序的，在分子平面上表现出显著的重新取向。变温单晶X射线衍射和固态NMR分析揭示了这种非典型的分子运动，在晶体的垂直方向上驱动了异常大的正热膨胀和负热膨胀。随之而来的大的形状变化（~10%）的散装材料，具有显着的耐久性，表明这种复杂的是一个强有力的候选人作为一个微尺度的热致动材料。
Materials demonstrating unusual large positive and negative thermal expansion are fascinating for their potential applications as high-precision microscale actuators and thermal expansion compensators for normal solids. However, manipulating molecular motion to execute huge thermal expansion of materials remains a formidable challenge. Here, we report a single-crystal Cu(II) complex exhibiting giant thermal expansion actuated by collective reorientation of imidazoliums. The circular molecular cations, which are rotationally disordered at a high temperature and statically ordered at a low temperature, demonstrate significant reorientation in the molecular planes. Such atypical molecular motion, revealed by variable-temperature single crystal X-ray diffraction and solid-state NMR analyses, drives an exceptionally large positive thermal expansion and a negative thermal expansion in a perpendicular direction of the crystal. The consequent large shape change (~10%) of bulk material, with remarkable durability, suggests that this complex is a strong candidate as a microscale thermal actuating material.
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