Large Thermo- and Mechanosalient Actuation via Cooperative Twist Elasticity-Induced Packing Motif Conversion

扭转 扭转(腹足类) 化学 热弹性阻尼 结晶学 弹性(物理) 化学物理 结构母题 分子动力学 格子(音乐) 化学稳定性 动能 弹性能 立体化学 固态 热力学 非周期图 刚度 分子 势能 形状记忆合金 不稳定性 结构稳定性 纳米技术
作者
Kyoungtae Hwang,Indranil Bhattacharjee,Sooyeon Ra,J J Jang,Jinwoo Park,Haseong Kim,Minwoo Jang,Min Wook Lee,Dong Ryeol Whang,Dohyun Moon,Johannes Gierschner,Hyungbum Park,Sang Kyu Park
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c05413
摘要

Dynamic molecular crystals capable of undergoing cooperative structural transformations offer exciting prospects for next-generation actuators, sensors, and stimuli-responsive materials. However, realizing large-scale deformation in the solid state─particularly through torsional mechanisms─remains rare. Here, we examine a cyanostilbene derivative, αDDDCS, that exhibits solid-state twist elasticity enabled by cooperative conformational torsion and packing motif conversion. This system features three enantiotropic polymorphs that interconvert through thermoelastic and mechanosalient phase transitions, reflecting a competition between thermodynamic stability and kinetic accessibility, including a Y → C thermoelastic transformation involving a 27% lattice elongation─among the largest reported to date. Single-crystal X-ray diffraction, variable-temperature characterization, and quantum chemical calculations reveal that the transformation proceeds through a π-stacking-to-μ-herringbone transition, governed by a distinct torsional barrier and polymorph-specific free energy landscape. Remarkably, this is the first demonstration of twist elasticity accessed via mechanosalient actuation. Our findings establish conformational twist as a viable molecular design element for achieving high-strain responsiveness in dynamic crystals.

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