在材料科學領域，材料的手性尤為重要，涉及到分子結構的對稱性問題，手性材料在藥物輸送、光學器件和生物醫學等領域具有廣泛應用，但手性材料在極端條件下的結晶行為仍是一個未被充分探索的領域。
近日，山東大學材料科學與工程學院趙國群教授與張磊研究員等研究發現，單手性聚乳酸（PLA）在高壓CO2中的結晶過程發生了反常手性對稱恢復現象，并以“Chirality Hierarchical Transfer in Homochiral Polymer Crystallization Under High-pressure CO2”為題，發表于國際期刊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）的結晶行為及其手性層級傳遞。
研究發現，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，在無對映異構化的情況下，單手性聚合物分子向非手性晶體的轉變實際上是手性對稱性恢復，這一現象打破了有序相變通常與對稱性破缺相關的常規認識。
研究表明，聚乳酸晶體的鏈傾斜、表面應力和受挫結構是導致單手性聚乳酸在結晶過程中手性層級傳遞多樣性的主要因素，CO2的熵效應所引發的α-β晶型轉變能夠控制聚乳酸晶體超結構的手性。
這項研究揭示了高壓CO2環境下手性聚合物結晶過程中的手性對稱性恢復現象，對于理解手性材料在極端條件下的凝聚態演變行為具有重要意義。
通過調節CO2的壓力和溫度等外部條件，可有效控制手性聚合物的結晶形態，這為手性材料設計和應用開辟了一條新途徑，在優化手性材料性能方面具有潛在的應用價值。
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