北京
這項研究展示了一種從分子層面到宏觀尺度，控制材料光學與物理性質的方法。
研究人員開發出一種可逆的、由蒸汽控制的系統，能按需切換先進流體的物理與光學特性。
這項由日本名古屋大學和京都大學牽頭的研究，展示了一種從分子水平到宏觀尺度調控材料光學及物理性質的方法。
主客體液體系統
該進展的核心是主客體化學。在這一過程中，兩種截然不同的分子純粹通過物理作用力結合在一起，完全不形成永久性的化學鍵。
研究人員將兩種關鍵成分組合：一種微小的環狀管狀主體分子，以及一種被稱為功能分子液體（FML）的客體材料，后者具有長長的線狀碳鏈。與普通液體相比，這些不揮發的流體具備先進的光學、電子和催化能力。
當二者混合時，FML的碳鏈會像穿針引線一樣，自發滑入主體的中央空腔。所形成的啞鈴狀復合物瞬間由亮黃色變為深紅色，同時從流體硬化成堅硬的固體。
與此同時，其室溫磷光——即在黑暗中發出柔和持續光芒的能力——被完全關閉。
這種轉變是完全可逆的。當紅色固體暴露在己烷蒸汽中時，這種含六個碳原子的氣體分子成為競爭者。這些分子涌入主體空腔，將FML擠出去。擺脫籠子束縛后，FML立即液化，變回黃色，并恢復在黑暗中發光。
“我們遇到了一些令人驚訝的發現。起初，將FML與主體分子混合后立即變為紅色，這讓我們有些擔心。我們沒料到顏色變化如此明顯，更不用說磷光被猝滅，所以我還以為它分解了。相反且幸運的是，己烷蒸汽如期釋放出了FML。”谷洋介副教授說道。
一縷蒸汽即可切換
施加真空抽走己烷，系統便重新鎖定回紅色的固態。團隊實時捕捉了這些微觀轉變，并利用微晶電子衍射（MicroED）驗證了該復合物精確的三維結構。
在化學中，彌合單個分子行為與肉眼可見物體的外觀或表現之間的鴻溝，是一項難題。在分子層面，原子通過微弱、不可見的力（如弱靜電吸引或幾何匹配）相互作用。而在宏觀尺度，材料具有整體性質，比如是液態還是固態、呈現某種特定顏色，或在黑暗中發光。
超分子化學的主要挑戰在于“放大”。例如，要讓數萬億個微小的可逆分子運動如此有效地協同，從而引發一場你肉眼可見的戲劇性即時轉變。
通常，對分子結構的微小調整在放大到塊體材料時會被淹沒或丟失。達到這一程度的精確控制，意味著科學家可以設計出能夠物理變形的智能材料——只需一縷氣體這類簡單的環境觸發，就能改變顏色、狀態或亮度。
這種新的主客體框架，利用氣體蒸汽作為環境觸發器，為下一代智能材料提供了藍圖。
未來的應用可能包括可重寫光學存儲器、氣體傳感安全標簽，或能按需改變結構剛度的自適應軟體機器人。
該研究成果已發表在期刊《化學科學》上。
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