随着科技的进步，机器已经能够满足日常生活和工业的多种需求，分子尺度的设备通常展现出更优越的功能和机械运动。然而，掌握固态分子结构的力学控制依然是一个重大挑战。
来自韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST)的研究团队取得了一项突破性成果，可能为数据存储等领域带来革命性的进展。在UNIST化学系教授崔元永的带领下，科学家们开发了模拟复杂机器的沸石咪唑盐框架(ZIFs)。这些分子级装置能够精确控制纳米级的机械运动，为纳米技术的应用开辟了新的可能性。
在设计这些固态纳米机器时，金属有机框架(MOFs)被用作基础，将分子机器作为机械部件集成到现有结构中。最近的一个重要例子是将多个动态组件作为柱状配体嵌入MOF中，以保持嵌入机械在固态下的旋转运动。历史上，将MOF中类似机器的行为与其机械性能联系起来的研究相对较少，因为MOF本身并未表现出这种行为。
研究团队利用单晶X射线衍射验证了ZIF的连接结构与机械连接的相似性。这种特殊的ZIF工作原理是滑块曲柄连接，将旋转运动转化为线性运动，能够响应温度变化和溶剂分子。通过更换固态分子机器的机械部件，研究人员实现了对纳米级运动的精确控制。此外，他们发现这种机器在其他ZIF中展现出最高的弹性和灵活性，使其成为数据存储等应用的理想选择。
研究小组得出结论，这种独特的机械性能主要源于ZIF的机械连接结构。由相同金属节点和有机配体构成的结构根据连接方式表现出不同程度的灵活性。这一特性对于需要以多种方式组装组件以实现特定运动的机器至关重要，有望推动创新纳米材料的发展。
崔元永教授表示：“在分子层面实现类似机器的运动，为发现具有独特机械性能的新材料打开了大门。”他补充道：“我们对各种分子机械部件和机械连接结构的研究为未来在数字数据存储等领域的应用奠定了基础，这些领域对机械运动的精确控制至关重要。”
该研究成果已于2024年6月14日发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，并被选为热门论文。这项研究得到了韩国国家研究基金会(NRF)通过职业中期研究人员计划和氢能源创新技术开发项目、韩国产业技术规划与评估研究所(KEIT)以及由蔚山国家科学技术研究院(UNIST)资助的碳中和研究所研究基金的支持。
崔元永
化学系教授
蔚山国立科学技术研究院(UNIST)
许周贤
公共关系官，UNIST
电话: + 82-52-217-1223
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