在材料科學(xué)領(lǐng)域，材料的手性尤為重要，涉及到分子結(jié)構(gòu)的對稱性問題，手性材料在藥物輸送、光學(xué)器件和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，但手性材料在極端條件下的結(jié)晶行為仍是一個未被充分探索的領(lǐng)域。

近日，山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院趙國群教授與張磊研究員等研究發(fā)現(xiàn)，單手性聚乳酸（PLA）在高壓CO2中的結(jié)晶過程發(fā)生了反常手性對稱恢復(fù)現(xiàn)象，并以“Chirality Hierarchical Transfer in Homochiral Polymer Crystallization Under High-pressure CO2”為題，發(fā)表于國際期刊Nature Communications。 

作者利用自主研制的高壓寬溫域多光學(xué)原位觀測與表征儀器，研究了高壓CO2條件下左旋聚乳酸（PLLA）和右旋聚乳酸（PDLA）的結(jié)晶行為及其手性層級傳遞。

研究發(fā)現(xiàn)，在高壓CO2作用下，單手性聚乳酸能夠形成兩種具有相反螺旋手性的渦旋狀樹枝晶以及無螺旋手性的雪花狀樹枝晶，在無對映異構(gòu)化的情況下，單手性聚合物分子向非手性晶體的轉(zhuǎn)變實際上是手性對稱性恢復(fù)，這一現(xiàn)象打破了有序相變通常與對稱性破缺相關(guān)的常規(guī)認(rèn)識。

研究表明，聚乳酸晶體的鏈傾斜、表面應(yīng)力和受挫結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致單手性聚乳酸在結(jié)晶過程中手性層級傳遞多樣性的主要因素，CO2的熵效應(yīng)所引發(fā)的α-β晶型轉(zhuǎn)變能夠控制聚乳酸晶體超結(jié)構(gòu)的手性。

這項研究揭示了高壓CO2環(huán)境下手性聚合物結(jié)晶過程中的手性對稱性恢復(fù)現(xiàn)象，對于理解手性材料在極端條件下的凝聚態(tài)演變行為具有重要意義。

通過調(diào)節(jié)CO2的壓力和溫度等外部條件，可有效控制手性聚合物的結(jié)晶形態(tài)，這為手性材料設(shè)計和應(yīng)用開辟了一條新途徑，在優(yōu)化手性材料性能方面具有潛在的應(yīng)用價值。

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