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Programming material properties by tuning intermolecular bonding

分子间力 范德瓦尔斯力 氢键 化学物理 离子键合 材料科学 共价键 化学键 键能 分子内力 分子 计算化学 纳米技术 化学 有机化学 离子
作者
Upamanyu Ray,Zhenqian Pang,Teng Li
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:132 (21) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0123058
摘要

Conventional strategies for materials design have long been used by leveraging primary bonding, such as covalent, ionic, and metallic bonds, between constituent atoms. However, bond energy required to break primary bonds is high. Therefore, high temperatures and enormous energy consumption are often required in processing and manufacturing such materials. On the contrary, intermolecular bonds (hydrogen bonds, van der Waals forces, electrostatic interactions, imine bonds, etc.) formed between different molecules and functional groups are relatively weaker than primary bonds. They, thus, require less energy to break and reform. Moreover, intermolecular bonds can form at considerably longer bond lengths between two groups with no constraint on a specific bond angle between them, a feature that primary bonds lack. These features motivate unconventional strategies for the material design by tuning the intermolecular bonding between constituent atoms or groups to achieve superior physical properties. This paper reviews recent development in such strategies that utilize intermolecular bonding and analyzes how such design strategies lead to enhanced thermal stability and mechanical properties of the resulting materials. The applications of the materials designed and fabricated by tuning the intermolecular bonding are also summarized, along with major challenges that remain and future perspectives that call for further attention to maximize the potential of programming material properties by tuning intermolecular bonding.
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