光诱导剥离法制备弹性环形有机微晶：柔性光电子学中的形态可控新策略

研究人员针对传统结晶法难以获得环形有机晶体的难题，通过光响应材料MBID开发了一种光驱动剥离技术。该材料在紫外/可见光照射下经历光致弯曲、光突跳效应及分层剥离，形成具有高弹性的准圆形微晶。通过波长（365-470 nm）和功率（15-150 mW）调控，实现了曲率（5-20 mm-1）和产率（20%-94%）的精确控制。单晶X射线衍射（SCXRD）和激发态模拟揭示了分子构象变化驱动的晶体收缩/膨胀机制。该技术为柔性光电器件和微机械系统提供了形态可编程的新型材料平台。

　　

论文解读

在柔性光电子学和微型光学器件领域，环形有机晶体因其高度对称的结构和独特的光学特性（如Whispering Gallery Mode）备受关注。然而，传统结晶方法难以直接获得这种特殊形态，而机械加工又容易破坏晶体完整性。更棘手的是，现有光响应晶体虽能通过光致弯曲或扭曲改变形状，但极少能自发形成闭合环形结构。这一瓶颈严重限制了环形晶体在微谐振器、柔性传感器等前沿领域的应用。

针对这一挑战，吉林大学与纽约大学阿布扎比分校的研究团队设计了一种名为MBID（2-(4-(甲基硫代)亚苄基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮）的光响应有机晶体。该材料在光照下可经历多阶段形变：先向光源弯曲，继而发生光突跳效应（photosalience）并分层剥离，最终形成弹性准圆形微晶。这项突破性成果发表于《Nature Communications》，为光控晶体形态工程提供了新范式。

研究团队采用核磁共振（NMR）和单晶X射线衍射（SCXRD）验证材料结构，通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征光学性质。机械性能测试显示晶体拉伸模量达0.12 GPa，可实现可逆弯曲。关键实验采用405 nm激光（功率12-150 mW）诱导剥离，结合红外热成像排除热效应干扰。通过扫描电镜（SEM）和偏振光学显微镜分析微晶形貌，并利用激光共聚焦显微镜比较原始晶体与环形微晶的荧光分布差异。

光控形貌与弹性特性
MBID晶体在365-445 nm光照下产生曲率达11-12 mm^-1的微晶，470 nm光照则仅得5 mm^-1曲率，与吸收光谱高度吻合。功率提升使高曲率（10-20 mm^-1）微晶产率从20%增至94%。厚度≤10 μm的母晶仅生成高曲率微晶，而42 μm厚晶体产物中83.3%为低曲率（0-10 mm^-1）结构。剥离后的环形微晶可承受压缩形变并恢复原状，展现优异弹性。

分子机制与结构演变
SCXRD数据显示，光照使MBID晶胞a轴收缩1.41%（5.675→5.595 ?），c轴膨胀2.43%（40.10→41.07 ?）。这种各向异性应变积累导致C-H···S键断裂引发分层。激发态模拟揭示分子内二面角从基态4.5°增至激发态24.5°，驱动晶体重构。粉末X射线衍射（PXRD）证实光照后出现新相MBID-M的特征峰。

光学性能突破
激光共聚焦显微镜显示，原始晶体边缘荧光信号局限在3 μm范围内，而环形微晶在60 μm空腔中心仍检测到显著信号，强度达背景值的5倍。这种远场荧光增强效应归因于环形结构的多重内反射和干涉，为远程光学传感提供了新思路。

该研究不仅建立了光控剥离制备环形晶体的标准化流程，更揭示了分子构象变化-晶体形变-光学性能的定量关系。这种可编程形态的弹性微晶为柔性光电子器件、微型光学谐振器和生物传感器提供了全新材料体系，同时为理解光机械效应与晶体工程的内在联系提供了范例。未来通过分子结构优化和阵列化组装，有望实现更复杂的动态光子学调控。