苏州大学王雪东/首都师大「国家杰青」付红兵/山东理工蔺红桃Nature子刊 | 动态位错实现可弯曲有机晶体矢量非共价合成!

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具有可控弯曲角度的有机分子晶体是集成光电子芯片中的关键互连元件，可沿预定路径精确引导光信号以实现有效光路操控。

然而，现有方法尚无法在不破坏弯曲界面完整性的前提下定制具有理想弯曲几何特征的分子晶体。

在本文中，作者提出了一种通用“分子共晶”策略，在分子体系中引入定向电荷转移非共价相互作用以削弱原有相互作用，从而触发晶体从滑移到弯曲的自发形变转变。研究成功合成了弯曲角度精准可调于61.8°至85.0°之间的多种自组装弯曲晶体，且晶体结构完整性得以保持。

该策略进一步用于构建具有2至6个弯曲的分级微结构。所制备的弯曲晶体表现出激发位置依赖的各向异性光学行为，并应用于开关比可调的微纳光子开关。这一方法为按需设计特定角度的弯曲晶体提供了通用途径，为片上有机光电子学奠定了结构基础。

有机分子半导体晶体通过氢键、π-π堆积、电荷转移及范德华力等弱非共价相互作用有序排列，因其在光探测器、场效应晶体管、发光二极管与固态激光器等先进光电子应用中的巨大科学与工艺价值而日益受到关注。可控制备具有特定几何特征的晶体是推动这些材料实用化的先决条件之一。其中，弯曲晶体不仅能沿预定路径引导光信号实现光路有效转向，还可通过几何与材料属性微调进一步调控光的相位与偏振态，这种对传输路径与特性的双重控制显著提升了光子集成系统的设计灵活性。然而，微纳尺度集成光子电路资源有限且布局复杂，如何灵活调整光信号方向成为实现高效精准光路连接的关键。

目前，机械弯曲或扭曲等外力刺激常被用来制备响应性弯曲有机晶体，但弯曲界面处的分子排列受拉伸或压缩易损伤结构完整性并劣化光学性能；低延展性有机分子晶体在变形过程中维持结构与功能完整性尤为困难，晶体易在受力时开裂或丧失功能。因此，开发无需外部机械力即可实现并稳定晶体弯曲的方法对微纳集成光子学应用至关重要。

作者提出“分子共晶”策略，在分子体系中引入定向电荷转移非共价相互作用削弱原有相互作用，触发晶体从滑移到弯曲的自发形变转变。该方法可在不破坏晶体结构完整性的前提下，精确合成弯曲角度61.8–85.0°的自组装弯曲晶体，并进一步构建具有二至六个弯曲的分级微结构。所制备弯曲晶体呈现激发位置依赖的各向异性光学行为，可用于开关比可调的微纳光子开关，为集成光电芯片所需复杂低维结构的精准合成提供了通用途径与材料基础。

图1：策略对比与自组装弯曲动态。左侧示意传统机械弯曲易致界面断裂，右侧展示本工作无需外力、由定向非共价相互作用驱动的自组装弯曲；随时间亮场图像记录晶体滑移→旋转→弯曲完整过程，弯曲角由155°弛豫至148°，证实单晶完整性。

图2：滑移与弯曲微晶的结构解析。SEM/TEM给出滑移角73.8°与弯曲角73.8°，晶体学模拟确认滑移面为间距最大的(001)面；统计分布显示角度高度一致，阐明滑移-旋转-180°弯曲释放界面应力的机制。

图3：定向非共价相互作用策略的普适性。九组给体-受体共晶均在高温基底上发生滑移并自弯曲，弯曲角61.8-85.0°可调；CT相互作用能(-20.7 kcal mol^-1)远弱于原始π-π堆叠(-2.5 kcal mol^-1)，为滑移提供热力学驱动力；发光覆盖蓝-绿-红，CIE坐标接近标准三原色。

图4：温度递增构筑2–6折分级弯曲微结构。32–40 °C每升2 °C即可多生成一折；实时荧光/亮场捕捉双滑移→双弯曲仅0.04 s快速应力释放；SEM/TEM显示各折夹角保持73.8°，验证策略对复杂hierarchical结构的精确操控。

图5：弯曲微晶的各向异性光波导与光子开关功能。μ-PL显示激发位置依赖的非对称输出，两端传播损耗均≈0.053dB μm^-1；T-3与T-3′强度比随激发位点可调，ON/OFF比2.6–12.1；TDDFT揭示过渡偶极矩方向差异导致光优先向上/下表面发射，实现微纳尺度可控光子切换。

综上，作者提出了“定向非共价相互作用”共晶策略，无需外力即可让有机单晶自发滑移-旋转-弯曲，精确获得61.8-85.0°可调的弯曲角与二至六折分级微结构，实现低损耗、激发位点可控的各向异性光波导与开关比2.6-12.1的微纳光子开关，为柔性集成光子芯片提供了高机械完整性、可设计弯曲路径的晶体材料与通用制备范式。

Vectorial noncovalent synthesis of bendable organic crystals through dynamic dislocation. Nat. Commun., 2026. https://doi.org/10.1038/s41467-026-68783-9.

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