周期性的桁架晶体材料,尤其是当与当前的添加剂制造技术结合使用时,引起了轻质材料工程的关注。作为基本立方桁架家族的成员,简单的桁架晶格沿主要方向具有最高的良好和强度,并且在承载载荷机械超材料中起着重要作用。高的各向异性机械性能和对屈曲载荷和剪切负荷的低阻力限制了其在能量吸收中的使用。在这里,我们提出了一类简单的封闭管晶格,具有有限的负载方向依赖性以及高机械性能和不规则的稳定后产物后反应。通过在微观上直接激光写作使其复杂结构的制造成为可能。实验和模拟表明,无论负载方向如何,弹性模量和简单封闭管状晶格的屈服强度都比简单立方体晶格的晶格明显大。在0.1的相对密度下,与桁架晶格相比,闭合的管状晶格可以分别吸收沿方向[100]和[110]的能量的4.45倍和6.14倍。平均标准化的Young的模量和屈服强度分别比最杰出的壳质超材料的质量大28%和53%。如此出色的机械性能使其成为用于承载和吸收能量的应用的潜在候选者。
摘要:在本研究中,我们描述了一种将芳烃掺入封闭管(我们将其命名为胶囊烯)的合成方法。首先,我们制备了花瓶状的分子篮 4 – 7 。这些分子篮由一个苯碱基和三个双环[2.2.1]庚烷环融合而成,这些环延伸到邻苯二甲酰亚胺 ( 4 )、萘二甲酰亚胺 ( 6 ) 和蒽二酰亚胺侧 ( 7 ),每个侧都带有一个二甲氧基乙烷缩醛基团。在催化三氟乙酸 (TFA) 的存在下,4、6 和 7 顶部的缩醛转变为脂肪族醛,随后在分子内环化为 1,3,5-三氧杂环己烷(1 H NMR 光谱)。这种环闭合几乎是一个定量过程,它提供了不同大小的胶囊烯 1 (0.7×0.9 纳米)、8 (0.7×1.1 纳米;) 和 9 (0.7×1.4 纳米;),这些胶囊烯的特征是 X 射线晶体学、微晶电子衍射、紫外/可见光、荧光、循环伏安法和热重法。胶囊烯具有出色的刚性、独特的拓扑结构、出色的热稳定性以及可能可调的光电特性,有望用于构建新型有机电子设备。