机器已经发展到能够满足日常生活和工业需求的程度，分子尺度的设备通常展示出更优越的功能和机械运动。然而，控制固态分子结构的力学特性仍然是一个巨大的挑战。
韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST)的研究人员取得了一项突破性的进展，这可能为数据存储等领域带来革命性的变化。在UNIST化学系教授崔元永的带领下，一组科学家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，为纳米技术领域开辟了令人兴奋的新前景。
为了设计这些固态纳米级机器，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已有的结构中。一个重要的例子是将多个动态组件作为柱状配体嵌入到MOF中，以保持机械在固体状态下的旋转运动。从历史上看，将MOF中的机器行为与其机械性能联系起来是罕见的，因为MOF本身并不具备这种行为。
研究团队使用单晶X射线衍射来验证ZIF的连接结构类似于机械连接。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，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，他们实现了对纳米级运动的精确控制。研究人员还发现，这种机器在其他ZIF中表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是由于ZIF的机械连接结构。由相同的金属节点和有机配体制成的结构根据它们的连接方式表现出不同程度的灵活性。这一特性对于需要以各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。
崔元永教授解释说：“在分子水平上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。”“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，在这些领域，对机械运动的精确控制至关重要。”
该研究结果已于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所(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)
许珠贤
公共关系官，UNIST
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