俄罗斯科研团队提出柔性晶体形貌研究新方法

俄罗斯西伯利亚环形光子源合作中心和俄罗斯科学院西伯利亚分院固态化学与机械化学研究所的专家提出一种用于研究柔性有机晶体形貌的综合方法。该方法结合计算算法、实验室显微镜技术和实验衍射研究，可用于更可靠地确定晶体几何形状和晶面排列。相关成果已发表在《应用晶体学杂志》上。

柔性晶体是一类较为罕见的有机晶体，能够在很小的机械应力下发生弯曲，同时保持晶格完整。研究人员表示，在已确定晶体结构的化合物中，具备这种特性的比例不到0.01%。这类材料的分子排列方式使其在外部应力作用下兼具抗断裂能力和弯曲能力，因此被认为有望用于超灵敏传感器、软体机器人、药物及其他柔性耐用材料的开发，并可服务于电子、光学、材料科学和制药等方向。

不过，柔性晶体从实验室走向技术应用仍面临基础难题。研究人员在设计此类材料时，需要准确掌握其三维结构、晶面排列以及可能发生弯曲的晶面，否则难以预测化合物晶体的极端形变能力。相关测量通常需要借助实验室衍射仪或同步辐射光源开展X射线衍射分析。

参与研究的丹尼斯·亚历山德罗维奇·里奇科夫表示，科研人员需要大量样本数据来判断晶体是否弯曲，以及沿哪些晶面弯曲。只有在此基础上，才能建立预测模型，并进一步设计具有特定塑性或弹性形变性能的新型晶体。此前，由于柔性晶体本身容易形变，加之生长特性复杂，研究人员在实验室衍射仪上精确确定晶面时常遇到困难，不同团队也缺乏统一的测量方法。

此次提出的综合方法，核心在于尽可能汇集晶体形貌、晶面排列和界面角度等间接数据。研究团队将晶体形态计算预测、光学显微镜或扫描电子显微镜下的界面角高精度测量、晶体结构分析，以及单晶安装和定向方法相结合，再通过单晶X射线衍射成像完成形貌测定。

研究人员认为，该方法有望为柔性晶体研究建立通用标准，使相关工作从定性观察和经验判断，逐步转向可预测、可设计的材料研发路径。相关数据还可进入数据库，为神经网络算法训练提供高质量来源。

根据计划，在西伯利亚环形光子源启动后，类似研究将在1-2号“结构诊断”实验站和1-1号“微聚焦”实验站开展。同步辐射的使用预计将提升实验效率，数据处理中心的计算能力也将帮助科研人员分析目前受计算资源限制而难以处理的更复杂晶体结构。该研究获得俄罗斯科学基金会23-73-10142号项目支持。