Пластиковый кристалл - Plastic crystal
Пластик кристалл является кристаллом , состоящим из слабо взаимодействующих молекул , которые обладают некоторыми ориентационными или конформационными степенями свободы. Название «пластиковый кристалл» связано с механической мягкостью таких фаз: они напоминают воск и легко деформируются. Если внутренней степенью свободы является вращение молекул, также используется название фаза ротора или фаза вращения . Типичными примерами являются модификации Метан I и Этан I. В дополнение к обычным молекулярным пластиковым кристаллам появляются также возникающие ионные пластичные кристаллы, в частности органические ионные пластичные кристаллы (OIPC) и протонные органические ионные пластичные кристаллы (POIPC). POIPC представляют собой твердые протонные органические соли, образованные переносом протона от кислоты Бренстеда к основанию Бренстеда и, по сути, представляют собой протонные ионные жидкости в расплавленном состоянии, которые оказались многообещающими твердотельными протонными проводниками для топливных элементов с высокотемпературной протонообменной мембраной . Примеры включают перфторбутансульфонат 1,2,4- триазолия и метансульфонат имидазолия .
Если внутренняя степень свободы застывает неупорядоченно, получается ориентационное стекло .
Ориентационная степень свободы может быть почти свободным вращением, или это может быть скачкообразная диффузия между ограниченным числом возможных ориентаций, как было показано для тетрабромида углерода .
Рентгеновская дифракция модель пластических кристаллов характеризуются сильной интенсивностью диффузной в дополнении к острым пикам Брэгга. В порошковой картине эта интенсивность напоминает аморфный фон, как и следовало ожидать от жидкости, но для монокристалла диффузный вклад оказывается сильно структурированным. Пики Брэгга можно использовать для определения средней структуры, но из-за большого количества беспорядка это не очень полезно. Именно структура диффузного рассеяния отражает детали ограниченного беспорядка в системе. Последние достижения в области двумерного детектирования на линиях синхротронного пучка облегчают изучение таких структур.
Механические свойства
Пластиковые кристаллы при механическом воздействии ведут себя как настоящие пластмассовые металлы.
Например, ближе к плавлению кристаллы пластика демонстрируют высокую пластичность и / или пластичность. Пластиковые кристаллы могут вытекать через отверстие под давлением. Например, пластмассовые кристаллы аминоборана изгибаются, скручиваются и растягиваются с характерным сужением при соответствующем напряжении. Этим кристаллам можно буквально придать любую форму, например, медь или серебро.
Таким образом, они очень уникальны по сравнению с другими молекулярными кристаллами, которые обычно хрупкие и хрупкие.
Пластиковые кристаллы против жидких кристаллов
Подобно жидким кристаллам , пластичные кристаллы можно рассматривать как переходную стадию между реальными твердыми телами и реальными жидкостями и можно рассматривать как мягкую материю . Еще один общий знаменатель - одновременное присутствие порядка и беспорядка. Оба типа фаз обычно наблюдаются между истинной твердой и жидкой фазами на шкале температур:
- истинный кристалл → пластиковый кристалл → истинная жидкость
- истинный кристалл → жидкий кристалл → истинная жидкость
Разницу между жидкими и пластичными кристаллами легко увидеть при дифракции рентгеновских лучей . Пластиковые кристаллы обладают сильным дальним порядком и поэтому демонстрируют резкие брэгговские отражения. Жидкие кристаллы не показывают или показывают очень широкие пики Брэгга, потому что порядок не является большим. Молекулы, которые вызывают жидкокристаллическое поведение, часто имеют сильно вытянутую или дискообразную форму. Пластиковые кристаллы обычно состоят из предметов почти сферической формы. В этом отношении их можно было рассматривать как противоположности.
Некоторые жидкие кристаллы перед плавлением проходят через фазу пластических кристаллов. В общем, жидкие кристаллы ближе к жидкостям, а пластмассовые кристаллы ближе к истинным кристаллам.
- истинный кристалл → пластиковый кристалл → жидкий кристалл → истинная жидкость
История
Пластичные кристаллы были открыты в 1938 году Дж. Тиммермансом по их аномально низкой энтропии плавления . Он обнаружил, что органические вещества, имеющие энтропию плавления ниже примерно 17 Дж · К -1 · моль -1 (~ 2Rg), обладают особыми свойствами. Тиммерманс назвал их молекулярными глобулярами .
В 1948 году Михилс показал, что эти органические соединения легко деформируются, и, соответственно, назвал их пластичными кристаллами ( cristaux organiques Plastiques ). Перфторциклогексан , например , из пластика до такой степени , что она начнет течь под действием собственного веса.