Суть открытия
Ключевое достижение — синтез особой молекулы, объединяющей:
- светочувствительный компонент азобензол;
- ядро на основе мероцианина с барбитуровой кислотой.
Такое сочетание обеспечивает супрамолекулярный полиморфизм: материал формирует разные структуры, управляемые светом.
Как это работает
Процесс трансформации проходит несколько стадий:
-
Начальная самоорганизация. Синтезированные молекулы спонтанно выстраиваются в одномерные спиральные нановолокна.
-
Естественная эволюция. При умеренном освещении структуры перестраиваются в термодинамически устойчивые двумерные нанолисты.
-
Реакция на интенсивный УФ‑свет. Под сильным ультрафиолетовым излучением происходит фотоизомеризация азобензольного фрагмента. Это разрушает водородные связи, удерживающие нанолисты, — и материал вновь превращается в одномерные волокна.
-
Ответ на слабый УФ‑свет. При низкой интенсивности излучения запускается иной механизм: мелкие наночастицы растворяются, а крупные растут вертикально, формируя трёхмерные нанокристаллы. Этот процесс, известный как созревание по Оствальду, сопровождается вторичным зарождением и эпитаксиальным ростом структур.
Инструменты наблюдения
Учёные детально зафиксировали превращения с помощью:
- высокоскоростной атомно‑силовой микроскопии (HS‑AFM) — для отслеживания динамики разрушения водородных связей;
- просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) — для визуализации структурных изменений;
- АСМ высокого разрешения — для фиксации локальных процессов роста нанокристаллов.
Значение исследования
Профессор Шики Ягай, возглавляющий проект, подчёркивает: впервые создана неравновесная система, которая, как живые организмы, меняет состояние в зависимости от количества полученной энергии. Ранее подобные структуры существовали лишь в стабильных термодинамических условиях, а их адаптация к внешним воздействиям была ограничена.
Перспективы применения
Разработка открывает путь к созданию материалов нового поколения:
- самовосстанавливающихся покрытий;
- динамических датчиков, реагирующих на окружающую среду;
- систем адресной доставки лекарств с управляемым высвобождением;
- энергоэффективных устройств для сбора и хранения энергии.
В будущем интеграция фотоактивных, электроактивных и каталитических функций в молекулярную структуру позволит создавать материалы, чьи свойства будут спонтанно адаптироваться к изменениям внешних условий. Это станет революцией в таких областях, как строительство, медицина и зелёная энергетика.