柔性有机晶体材料作为一种新兴的智能材料,近年来在材料科学领域引起了广泛关注。与传统的无机材料相比,柔性有机晶体具备较轻的重量、优异的机械柔性和可调控的电子光学性质,使其在柔性电子器件、传感器、智能材料等多个高新技术领域展现出巨大的应用潜力。这些有机晶体在形变过程中能够保持良好的性能,因此在柔性显示器、固体激光器和传感器等领域得到了广泛研究。尽管柔性有机晶体具备显著的机械柔性和可调性能,在环境适应性和稳定性方面面临的挑战限制了其在实际应用中的广泛部署。例如在湿度、溶剂或低温等极端条件下,晶体结构和性能常常受到显著影响,这使得其在高稳定性和长效性的需求下难以满足要求。

针对这些问题,张红雨教授课题组提出了创新的组装修饰策略,结合功能化无机材料和高分子聚合物,成功制备了一系列具有多功能性的柔性晶体复合材料。近期,课题组创造性地开发出一种新型的Janus结构晶体,通过逐层组装策略,部分硅烷化的柔性有机晶体不仅能够高效地收集空气中的水分并将其凝结为液态水,同时还通过晶体与水滴界面的折射率差异,成功实现了自波导实时动态监测水收集过程(J. Am. Chem. Soc.2024,146, 30529)。该材料集水效率可达15.96±0.63 g cm−2h−1,超越了以往所有的水汽捕集材料(80–95% RH)。该研究工作受到了国内外同行的广泛关注,并被X-mol和《高分子学科前沿》等平台报道。为了进一步提升柔性晶体的灵活操控性能,课题组利用纳米粒子技术开发了多种复合晶体材料,能够实现空间远程非接触式形状控制,在柔性机器人和智能设备中展现了广泛的应用潜力(Nat. Commun.2022,13, 2322;Nat. Commun.2023,14, 3627;Nat. Commun.2024,15, 9025)。课题组还进一步探索了柔性晶体复合材料在多种环境条件下的应用,通过修饰组装技术将其与高分子材料、导电聚合物、温度和湿度响应材料相结合,赋予了不同的晶体材料耐溶剂性,导电性,传感致动等多重功能(Angew. Chem. Int. Ed.2022,61, e202200196;Nat. Commun.2022,13, 7874)。例如,课题组通过自组装技术开发了能够响应湿度变化的复合材料,使其在智能传感器和可穿戴设备中具有重要应用潜力(Angew. Chem. Int. Ed.2022,60, 11283;Nat. Commun.2023,14, 2287)。进一步的研究还表明,通过对晶体表面修饰,复合材料能够在低温环境下保持高效的工作性能,拓展了其在极端环境下的应用空间(Adv. Mater.2022,34,2200471)。课题组的这些创新性工作不仅推动了柔性有机晶体复合材料的发展,也为智能材料、环境监测、能源收集等领域的技术进步提供了新思路和技术支持。随着进一步的研究与优化,这些新型复合材料有望在实际应用中发挥重要作用。

课题组的这些研究成果得到了广泛的认可,近期应邀在Angew. Chem. Int. Ed.等国际期刊上先后发表多篇综述文章,系统地总结并阐述了有机晶体-功能无机/有机材料的先进组装策略及其在柔性光电子领域的应用,并对相关前沿领域的未来发展进行了展望(Angew. Chem. Int. Ed.2024,63, e202411405;Chem. Sci.,2024,15, 2684;Chem. Mater.2023,35, 7363)。

柔性分子晶体复合材料制备及功能。