我國科學(xué)家團隊發(fā)現(xiàn)編織晶界

　　28日從中山大學(xué)獲悉，該校化學(xué)學(xué)院鄭治坤教授團隊成功制備出高韌性、高彈性、高機械強度的二維晶體薄膜，并報告了一種利用犧牲性小分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)向試劑導(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)成果在《自然》雜志上刊發(fā)。

　　從原油到汽油、柴油等成品油，往往需要經(jīng)過蒸餾、催化等工序分離不同物質(zhì)。從大型煉油塔的建造和維護，到加熱消耗的能源，石油化工近80%成本花在分離上。膜分離法成為化工生產(chǎn)領(lǐng)域降低能源消耗、削減加工成本、提高分離效率和產(chǎn)品純度的一條“出路”。

　　傳統(tǒng)有機高分子材料制成的分離膜，浸到油里會被溶解或溶脹，使用全結(jié)晶的分離膜則可有效避免這些問題。為此，鄭治坤團隊深入研究晶態(tài)聚合物均孔膜的制備、結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控等問題。從把膜制作出來，到實現(xiàn)孔道結(jié)構(gòu)均一，再到讓它更高效、更可靠、更耐用。“我們這項研究其實解決的是兩個力學(xué)問題，一是實現(xiàn)材料強度和韌性的同步增強，二是改善晶體的脆性，提高其機械穩(wěn)定性。”鄭治坤說。

　　在該研究中，團隊在制備二維晶體聚合物時加入犧牲性導(dǎo)向試劑，以線性聚合物為“梭”，利用其自發(fā)纏繞、穿插的特性，將二維聚合物編織起來，形成編織晶界。待晶界形成，線性聚合物又會隨排異的結(jié)晶過程自動離開。

　　進一步實驗表明，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、高彈性和高機械強度的特點，其抗壓性能接近鋁合金和黃金。當材料受力斷裂時，裂紋不擴展，且不影響裂紋附近膜的機械性能。

　　“這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)。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)。”鄭治坤說。28日從中山大學(xué)獲悉，該校化學(xué)學(xué)院鄭治坤教授團隊成功制備出高韌性、高彈性、高機械強度的二維晶體薄膜，并報告了一種利用犧牲性小分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)向試劑導(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)成果在《自然》雜志上刊發(fā)。

　　從原油到汽油、柴油等成品油，往往需要經(jīng)過蒸餾、催化等工序分離不同物質(zhì)。從大型煉油塔的建造和維護，到加熱消耗的能源，石油化工近80%成本花在分離上。膜分離法成為化工生產(chǎn)領(lǐng)域降低能源消耗、削減加工成本、提高分離效率和產(chǎn)品純度的一條“出路”。

　　傳統(tǒng)有機高分子材料制成的分離膜，浸到油里會被溶解或溶脹，使用全結(jié)晶的分離膜則可有效避免這些問題。為此，鄭治坤團隊深入研究晶態(tài)聚合物均孔膜的制備、結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控等問題。從把膜制作出來，到實現(xiàn)孔道結(jié)構(gòu)均一，再到讓它更高效、更可靠、更耐用。“我們這項研究其實解決的是兩個力學(xué)問題，一是實現(xiàn)材料強度和韌性的同步增強，二是改善晶體的脆性，提高其機械穩(wěn)定性。”鄭治坤說。

　　在該研究中，團隊在制備二維晶體聚合物時加入犧牲性導(dǎo)向試劑，以線性聚合物為“梭”，利用其自發(fā)纏繞、穿插的特性，將二維聚合物編織起來，形成編織晶界。待晶界形成，線性聚合物又會隨排異的結(jié)晶過程自動離開。

　　進一步實驗表明，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、高彈性和高機械強度的特點，其抗壓性能接近鋁合金和黃金。當材料受力斷裂時，裂紋不擴展，且不影響裂紋附近膜的機械性能。

　　“這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)。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)。”鄭治坤說。