雷竞技-褶皱让金属有机框架薄膜焕发生机—新闻—科学网

褶皱MOF薄膜可矫捷转移至各类基材实现“即插即用”。（浙年夜供图）

金属有机框架（MOF）是一类新兴的多孔晶体材料， MOF粉末难溶难熔、薄膜又硬又脆，使这类材料成型加工极其坚苦，以往一向是阻碍这类材料集成利用的瓶颈。

日前，浙江年夜学化学工程与生物工程学院传授赵豪杰研究团队提出了一种全新的褶皱MOF薄膜，冲破了上述困难。“这项研究为MOF薄膜材料提出了一种新的布局形态，实现了薄膜制造进程与功能化集成的解耦，付与了这类材料更具想象空间的利用体例，但愿我们的研究可以助力低碳化工、可穿着装备、医疗健康等范畴的成长。”论文通信作者赵豪杰说。这项研究功效在8月9日颁发在《科学》。

修建“皱褶”布局的怪异方式

因具有超高比概况积、可矫捷设计的化学构成、易在调控的孔道布局，MOF材料在很多范畴揭示了超卓的利用前景。将MOF材料加工成持续、致密的薄膜对膜分手、电子器件、医疗装备等范畴具有重年夜意义。但是，雷竞技以往的MOF薄膜遍及又硬又脆，连细小的拉伸形变也难以承受。若何才能让MOF薄膜取得可拉伸的机能从而实现柔性集成呢？

赵豪杰团队找到了一种很是奇妙的方式——让MOF薄膜构成“皱褶”布局，在年夜年夜增添其活性概况的同时还可以付与其超卓的形变能力。这类立异设计一举改变了MOF薄膜“一拉就断、一掰就碎”的命运，让这类材料焕发出全新的生命力。

为了制造出这类“皱褶”MOF薄膜，研究团队采取了一种基在“图灵机制”的方式。1952年艾伦?图灵(Alan Turing)提出了一种“反映-分散”模子，用在注释天然界中图案构成的机制。在曩昔的七十多年中，图灵图案已在天然界很多的系统中被不雅察到，好比动物的花纹、植物的斑纹、珊瑚的布局等。图灵机制的要害在在，当两种化学物资在特定前提下彼此感化时，它们的反映－分散进程会致使局部的激活和长程的按捺，从而发生花纹状图案。

受图灵理论的开导，研究团队奇妙地提出了一种限域界面合成的方式。他们在原子层沉积（ALD）的氧化锌概况添加了聚合物笼盖层，从而修建了一个限域反映空间。在这个空间内，合成MOF的反映试剂自上而下分散，氧化锌概况释放的碱性水解产品自下而上分散，从而构成一组相向活动的化学行波。经由过程数学建模与数值摹拟，研究人员发现经由过程调控“反映-分散”前提，可取得形态各别的波的掉稳状况，即发生了图灵图案。进一步地，研究团队在尝试中经由过程改变反映试剂的浓度、聚合物笼盖层的厚度，制备出5类共13种图灵图案，取得了描摹可调的皱褶MOF薄膜。这些图案涵盖了经典的迷宫状条纹、点状、环状等多种图灵图案类型，与天然界中海鳗、箱鲀、豹等动物的花纹十分类似。

发掘MOF薄膜的庞大潜力

研究团队构建了限域界面合成的方式，经由过程“反映-分散”节制，取得了含有多种图灵图案的褶皱MOF薄膜，解锁了MOF薄膜可拉伸的机能，付与了MOF薄膜即插即用的潜力，为这类材料在分手膜、柔性电子等范畴的集成利用斥地了新的线路。

引入褶皱布局不但年夜幅增添了MOF薄膜的有用概况积，并且付与了薄膜超卓的柔韧性，使其可以或许承受高达53.2%的应变而不被粉碎。而MOF本体可以或许承受的应变经常不跨越0.3%。

褶皱MOF薄膜优良的力学机能使得MOF材料能像“贴纸”一样轻松实此刻分歧基底之间的转移。研究人员将其转移到有机玻璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基底上，发现薄膜的布局和机能可以获得无缺保存。

经由过程这类矫捷转移的加工体例，研究团队制备出了基在MOF材料的气体分手膜，实现了氢气/二氧化碳的高效分手。另外，他们还将褶皱MOF薄膜转移到柔性电极上，制造出可曲折的湿度传感器。经由过程这两种利用场景，我们可以窥见MOF薄膜即插即用的庞大潜力。

该研究取得了国度天然科学基金、中心高校根基科研营业费专项资金等的帮助撑持。

相干论文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn8168

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