Superelastic Shape Recovery of Mechanically Twinned 3,5‐Difluorobenzoic Acid Crystals

Abstract

Generally, superelastic behavior cannot be expected in mechanically twinned crystals because there is essentially no strain on the interface that is a driving force for spontaneous shape recovery. However, we found that single crystals of 3,5-difluorobenzoic acid are superelastic organic crystals under mechanical twinning. The unexpected shape recovery can be explained by molecular distortion on the twinning interface, which suggests a new mechanism for superelasticity in molecular materials.

Kristall‐Adaptronik: Mechanisch rekonfigurierbare elastische und superelastische molekulare Kristalle

“…[19][20][21][22] Zu den allgemeinen Strukturmerkmalen eines superelastischen organischen Kristalls gehçren:a )Erhaltung individueller Wechselwirkungen zwischen benachbarten Molekülen in beiden Phasen und b) Erhaltung der elastischen Dehnung, die die spontane Formwiederherstellung unterstützt, nachdem die aufgebrachte Spannung entfernt wurde.E ine zusätzliche,w enn auch ungewçhnliche Eigenschaft ist der Formgedächtniseffekt, der durch "heat sweeping" auftritt. Diese Eigenschaft, die die Wiederherstellung der ursprünglichen Kristallform nach mechanischer Verformung durch martensitische (diffusionslose) Einkristall-zu-Einkristall(SCSC)-Umwandlung ermçglicht, wurde kürzlich von Takamizawa und Mitarbeitern als Organosuperelastizitätb ezeichnet.…”

“…[19][20][21][22] Zu den allgemeinen Strukturmerkmalen eines superelastischen organischen Kristalls gehçren:a )Erhaltung individueller Wechselwirkungen zwischen benachbarten Molekülen in beiden Phasen und b) Erhaltung der elastischen Dehnung, die die spontane Formwiederherstellung unterstützt, nachdem die aufgebrachte Spannung entfernt wurde.E ine zusätzliche,w enn auch ungewçhnliche Eigenschaft ist der Formgedächtniseffekt, der durch "heat sweeping" auftritt. [19][20][21][22]43,44] Formgedächtniseffekte wurden dagegen bei superelastischen Kristallen aus Te rephthalamid und 3,5-Difluorbenzoesäure nicht beobachtet. Abbildung 6B zeigt einen Vergleich der elastischen Eigenschaften von Stahl, einer NiTi-Legierung (superelastisches SMA) und einem organosuperelastischen Kristall, Te rephthalamid (6).…”

“…Superelastische Materialien zeichnen sich durch beeindruckende mechanische Eigenschaften aus.V or allem kçnnen sie hohen Belastungen standhalten, ohne zu versagen. [19,20] Te trabutyl-n-phosphoniumtetraphenylborat [22] ist ein bemerkenswertes,k ürzlich verçffentlichtes Beispiel füre inen organischen Kristall, der einen Formgedächtniseffekt zeigt. Die Dehnungen, die auf diese Materialien ausgeübt werden kçnnen, sind 1.0 %, 8.0 %b zw.b emerkenswerte 11.34 %.…”

“…[1][2][3][4][5] Für diesen Forschungszweig schlagen wir den Begriff "Kristall-Adaptronik" vor.D ieser spiegelt die Fähigkeit jener Materialien wider, ihre Form zu ändern und sich den Veränderungen der äußeren Bedingungen anzupassen. [13][14][15][16][17][18] Nach dem derzeitigen Stand des Wissens ist eine plastische Deformation eine dauerhafte Veränderung der Kristallform, die typischerweise durch Delamination und Gleiten von Kristallplatten auftritt, die elastische Verformung hingegen eine Wiederherstellung der ursprünglichen Form, nachdem die Spannung entfernt wurde,o hne Delaminierung.K ürzlich wurden mehrere Fälle von "superelastischen" organischen Kristallen beschrieben, [19][20][21][22] obwohl eine derartige Unterscheidung zwischen superelastischen und elastischen Kristallen fürd ie breite Masse der Chemiker nicht sofort verständlich ist. Die Mçglichkeit, optische [6,7] emissive [6,7] und ferroelastische [8] Eigenschaften bei der Deformation organischer Kristalle zu modulieren, kçnnte ein neuer,i nnovativer Gegenstand der Materialforschung für organische Elektronik, [5] Bionik, [9] Nanotechnologie [10,11] und die pharmazeutische Industrie werden.…”

Flexible ferroelectric organic crystals

“…There exists, however, a group of crystals showing exceptional mechanical properties, e.g., flexibility or plasticity, [1][2][3][4] that defies this perception. This uncommon mechanical behavior is not restricted to specific types of molecules and the most important feature characterizing their crystal structures is an anisotropy of intermolecular interactions.…”