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近年来，有机晶体的光机械响应性质因其在分子机器、药物递送、机械传导等领域巨大的应用潜力，成为功能材料领域内的研究热点。理解晶体光机械运动的分子机理及一般规律对开发新型有机功能材料有重要的理论指导意义。然而，目前对于晶体光响应的机理研究主要集中在晶体内部分子、外界因素等方面，缺乏有关晶体结构，尤其是超分子结构及分子间弱相互作用对光机械形变影响的研究。在此背景下，本文合成制备了3,3’-偶氮吡啶(3AP)分子和4,4’-偶氮吡啶(4AP)分子晶体，并对其光机械形变进行了系统研究。
首先，对3AP和4AP分子晶体的制备及其结构进行了研究。利用冷却结晶法和升华结晶法制备得到了3AP和4AP分子晶体，通过粉末X射线衍射(PXRD)和单晶X射线衍射(SCXRD)表征了晶体结构。结果表明，得到了4AP-晶型1、4AP-晶型2和3AP三种晶体，其中4AP-晶型2为新晶型。
其次，对偶氮吡啶分子的光异构化反应及晶体的光机械响应过程进行研究。运用紫外-可见吸收光谱(UV-vis absorption spectroscopy)和核磁共振氢谱(1H NMR)分析了液体中偶氮吡啶分子发生光异构化反应的能力，并利用偏光显微镜(PLM)观察了三种晶体紫外光下的机械形变。结果表明，不同的晶体有不同的光机械运动形式。在此基础上，运用PXRD、固体紫外光谱(UV-spectroscopy)和原子力显微镜(AFM)对晶体的运动机理进行探究，发现晶体中的结构转变及其大小的差别是晶体产生不同宏观机械形变的原因。
然后，对光机械形变的分子机理进行系统分析。使用CrystalExplorer软件计算3AP和4AP晶体中分子的Hirshfeld表面和能量框架，并利用高斯软件模拟顺、反异构体的几何构型，发现4AP-晶型2中π-π堆积作用多且能量束缚少，同时晶体表面对角线方向的分子排列使晶体产生明显的弯曲-扭转运动。3AP晶体c方向上的能量束缚阻止了分子运动，使3AP晶体只表现出弯曲运动。
最后，基于上述对晶体弱相互作用的研究，通过溶液蒸发法制备了4AP分子与5-氯水杨酸分子(5ClSA)的共晶。利用SCXRD确认了晶体结构，并在PLM下观察晶体的光响应行为和弹性弯曲形变。通过Hirshfeld表面计算和能量框架分析了晶体结构，结果表明共晶中微弱的光机械形变与过多的氢键结构有关；分子交错的排列方式和三维各向同性的能量分布有助于晶体发生弹性形变。
首先，对3AP和4AP分子晶体的制备及其结构进行了研究。利用冷却结晶法和升华结晶法制备得到了3AP和4AP分子晶体，通过粉末X射线衍射(PXRD)和单晶X射线衍射(SCXRD)表征了晶体结构。结果表明，得到了4AP-晶型1、4AP-晶型2和3AP三种晶体，其中4AP-晶型2为新晶型。
其次，对偶氮吡啶分子的光异构化反应及晶体的光机械响应过程进行研究。运用紫外-可见吸收光谱(UV-vis absorption spectroscopy)和核磁共振氢谱(1H NMR)分析了液体中偶氮吡啶分子发生光异构化反应的能力，并利用偏光显微镜(PLM)观察了三种晶体紫外光下的机械形变。结果表明，不同的晶体有不同的光机械运动形式。在此基础上，运用PXRD、固体紫外光谱(UV-spectroscopy)和原子力显微镜(AFM)对晶体的运动机理进行探究，发现晶体中的结构转变及其大小的差别是晶体产生不同宏观机械形变的原因。
然后，对光机械形变的分子机理进行系统分析。使用CrystalExplorer软件计算3AP和4AP晶体中分子的Hirshfeld表面和能量框架，并利用高斯软件模拟顺、反异构体的几何构型，发现4AP-晶型2中π-π堆积作用多且能量束缚少，同时晶体表面对角线方向的分子排列使晶体产生明显的弯曲-扭转运动。3AP晶体c方向上的能量束缚阻止了分子运动，使3AP晶体只表现出弯曲运动。
最后，基于上述对晶体弱相互作用的研究，通过溶液蒸发法制备了4AP分子与5-氯水杨酸分子(5ClSA)的共晶。利用SCXRD确认了晶体结构，并在PLM下观察晶体的光响应行为和弹性弯曲形变。通过Hirshfeld表面计算和能量框架分析了晶体结构，结果表明共晶中微弱的光机械形变与过多的氢键结构有关；分子交错的排列方式和三维各向同性的能量分布有助于晶体发生弹性形变。