Кристали направљени од муцичне киселине су најтврђи органски кристали до сада пријављени.1 Своју крутост дугују густој мрежи водоничне везе између својих молекула, дајући им механичка својства упоредива са металима.
Кристали се често сматрају крхким, али то није увек тачно. Органски кристали, који су направљени од малих молекула који се држе заједно међумолекуларним интеракцијама, могу бити механички усклађени јер се ове интеракције могу компензовати под стресом. Ове релативно слабе интеракције обично ограничавају колико кристали могу бити крути. Повремено, међутим, органски кристали могу бити изузетно чврсти – могућност која је подстакла Панче Наумова са Универзитета Њујорк у Абу Дабију у Уједињеним Арапским Емиратима и колеге да истраже горње границе овог својства у таквим материјалима.
Многи потенцијални кандидати за чврсте органске кристале су добро познати и широко доступни. Иако су њихова физичка својства можда проучавана, њихова механичка својства су често занемарена. Без поузданих рачунарских метода за предвиђање крутих молекуларних кристала „ово је изузетно тешко пронаћи“, каже Наумов, „у овом тренутку није могуће систематски тражити их“.
Тим се стога ослањао на своју хемијску интуицију и искуство да идентификује одговарајућег кандидата, тражећи индикаторе као што су висока густина и способност формирања мноштва међумолекуларних интеракција. Слузна киселина, такође позната као галактарна киселина, је једињење које се дуго користи у разним применама – и означило је обе кутије, комбинујући необично високу густину са мноштвом карбоксилних киселина и хидроксилних група, омогућавајући екстензивне водоничне везе.
Поједностављено речено, крутост је колико је материјал отпоран на еластичну деформацију и мери се експериментално коришћењем Јанговог модула. Да би то утврдили, истраживачи често користе технику која се зове наноиндентација. У претходној студији,2 тим је открио да већина органских кристала има Јангов модул између 10 и 25 ГПа, при чему само око 8% категорисаних једињења прелази 25 ГПа и сматра се изузетно чврстим. У својој новој студији, тим је измерио Јангов модул на (100)/(100) лица кристала муцичне киселине да буду око 50 ГПа, што га чини најчвршћим органским кристалом који је до сада забележен. Рачунарска анализа је подржала овај налаз и предвидела још већу вредност од 68,5 ГПа. Остала приступачна лица кристала имала су Јангов модул близу 30 ГПа – и даље међу највишим икада забележеним.
Тим описује ове кристале муцичне киселине као ‘ултрачврсте’ због њихове невиђене крутости, која је упоредива са неким металима и неорганским материјалима. На пример, алуминијум има Јангов модул од око 70 ГПа.
Тим је такође испитао тврдоћу кристала, односно њихову способност да се одупру притиску оштрог предмета. Открили су да кристали муцичне киселине комбинују високу тврдоћу са изузетном крутошћу. Заједно са својом високом густином, ова својства стварају механички робустан, али лаган органски кристал. Маријана Ђаковић, стручњакиња за кристалографију и кристално инжењерство са Свеучилишта у Загребу у Хрватској, каже да се „овај повољан скуп својстава постиже унутар једног кристалног система, док су дотад познати ултрачврсти кристали типично истицали само један или два механичка параметра.“
Механичка својства кристала слузне киселине су резултат обиља међумолекуларних интеракција и начина на који се молекули пакују заједно да формирају густу мрежу релативно јаких водоничних веза. Ђаковић напомиње да кристали муцичне киселине „истичу како стратешки организоване мреже водоничног везивања могу надјачати молекуларну флексибилност и дати кристалу изванредну крутост и механичку отпорност.“
Органски кристали су обично лагани и биоразградиви, предности које се не одражавају на њихове неорганске конкуренте. Као резултат тога, органски кристали могу постати атрактивна алтернатива за низ апликација. „Представљени концепт отвара пут за интеграцију органских кристала у технологије које захтијевају високу механичку робусност уз минималну тежину“, додаје Ђаковић.
