我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研制出高品質(zhì)二維晶體薄膜

記者5月27日從中山大學(xué)獲悉，該?；瘜W(xué)學(xué)院鄭治坤教授團(tuán)隊(duì)成功制備出高韌性、高彈性、高機(jī)械強(qiáng)度的二維晶體薄膜，并報(bào)告了一種利用犧牲性小分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑導(dǎo)向相鄰晶疇形成編織晶界結(jié)構(gòu)的制備方法，有望擴(kuò)展晶體膜在分離、光電、柔性器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)成果近日刊發(fā)于《自然》雜志上。

從原油到汽油、柴油等成品油，往往需要用蒸餾、催化等方法分離不同物質(zhì)。不同于傳統(tǒng)的蒸餾法，膜分離法能夠極大降低加工成本，提高分離效率和純度。但這種方法，也對(duì)分離膜的性能提出了更高的要求。

晶界是晶體內(nèi)部的缺陷結(jié)構(gòu)。通常，天然和合成晶態(tài)材料是由多個(gè)單晶晶疇連接到一起，其間的大量晶界制約著材料的機(jī)械穩(wěn)定性。這一影響在由單層原子或少數(shù)原子層構(gòu)成的二維晶體中格外嚴(yán)重，一個(gè)線(xiàn)性晶界就將導(dǎo)致二維晶體薄膜的斷裂。此外，如同木材剛勁則容易折斷、柔軟則難以承重，二維晶體的機(jī)械強(qiáng)度與韌性往往相互制約。

在該研究中，團(tuán)隊(duì)在制備二維晶體聚合物時(shí)加入犧牲性導(dǎo)向試劑，以線(xiàn)性聚合物為“梭”，利用其自發(fā)纏繞、穿插的特性，將二維聚合物編織起來(lái)，形成編織晶界。待晶界形成，線(xiàn)性聚合物又會(huì)隨排異的結(jié)晶過(guò)程自動(dòng)離開(kāi)。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，這種全新晶界結(jié)構(gòu)——編織晶界連接形成的晶態(tài)聚合物膜具有高韌性、高彈性和高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，其抗壓性能接近鋁合金和黃金。當(dāng)材料受力斷裂時(shí)，裂紋不擴(kuò)展，且不影響裂紋附近膜的機(jī)械性能。


“研究成果為二維晶體材料在柔性器件和分離膜方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。”鄭治坤表示，柔性材料可用于生產(chǎn)柔性顯示器、柔性電池、柔性傳感器等；膜分離技術(shù)則已普遍用于化工、環(huán)保、生物工程等領(lǐng)域，與常規(guī)膜分離相比，全結(jié)晶的聚合物膜有望以更高效率分離出更高純度的物質(zhì)。