爱赢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种基材实现“即插即用”。（浙年夜供图）

金属无机框架（MOF）是一类新兴的多孔晶体质料， MOF粉末难溶难熔、薄膜又硬又脆，使这种质料成型加工极其坚苦，以往始终是拦阻这种质料集成运用的瓶颈。

日前，浙江年夜学化学项目与生物项目学院传授赵俊杰研究团队提出了一种全新的褶皱MOF薄膜，冲破了上述难题。“这项研究为MOF薄膜质料提出了一种新的布局形态，实现了薄膜打造历程与功效化集成的解耦，付与了这种质料更具想象空间的运用体式格局，但愿咱们的研究可以助力低碳化工、可穿着装备、医疗康健等范畴的成长。”论文通信作者赵俊杰说。这项研究结果在8月9日揭晓于《科学》。

修筑“皱褶”布局的怪异要领

因具备超高比外貌积、可矫捷设计的化学构成、易在调控的孔道布局，MOF质料于很多范畴揭示了精彩的运用远景。将MOF质料加工成持续、致密的薄膜对于在膜分散、电子器件、医疗装备等范畴具备庞大意思。然而，以往的MOF薄膜遍及又硬又脆，连微小的拉伸形变也难以蒙受。怎样才气让MOF薄膜得到可拉伸的机能从而实现柔性集成呢？

赵俊杰团队找到了一种很是巧妙的要领——让MOF薄膜造成“皱褶”布局，于年夜年夜增长其活性外貌的同时还可以付与其精彩的形变威力。这类立异设计一举转变了MOF薄膜“一拉就断、一掰就碎”的运气，让这种质料焕发出全新的生命力。

为了打造出这类“皱褶”MOF薄膜，研究团队接纳了一种基在“图灵机制”的要领。1952年艾伦?图灵(Alan Turing)提出了一种“反映-散布”模子，用在注释天然界中图案造成的机制。于已往的七十多年中，图灵图案已经于天然界很多的系统中被不雅察到，好比植物的花纹、动物的斑纹、珊瑚的布局等。图灵机制的要害于在，当两种化学物资于特定前提下彼此作历时，它们的反映－散布历程会致使局部的激活以及长程的按捺，从而孕育发生花纹状图案。

受图灵理论的开导，研究团队巧妙地提出了一种限域界面合成的要领。他们于原子层沉积（ALD）的氧化锌外貌增添了聚合物笼罩层，从而修筑了一个限域反映空间。于这个空间内，合成MOF的反映试剂自上而下散布，氧化锌外貌开释的碱性水解产品自下而上散布，从而造成一组相向运动的化学行波。经由过程数学建模与数值模仿，研究职员发明经由过程调控“反映-散布”前提，可得到形态万千的波的掉稳状况，即孕育发生了图灵图案。进一阵势，研究团队于试验中经由过程转变反映试剂的浓度、聚合物笼罩层的厚度，制备出5类共13种图灵图案，得到了描摹可调的皱褶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、豹等植物的花纹十分相似。

挖掘MOF薄膜的伟大潜力

研究团队构建了限域界面合成的要领，经由过程“反映-散布”节制，得到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，为这种质料于分散膜、柔性电子等范畴的集成运用斥地了新的线路。

引入褶皱布局不只年夜幅增长了MOF薄膜的有用外貌积，并且付与了薄膜精彩的柔韧性，使其可以或许蒙受高达53.2%的应变而不被粉碎。而MOF本体可以或许蒙受的应变经常不跨越0.3%。

褶皱MOF薄膜优秀的力学机能使患上MOF质料能像“贴纸”同样轻松实此刻差别基底之间的转移。研究职员将其转移到无机博璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基底上，发明薄膜的布局以及机能可以获得无缺保留。

经由过程这类矫捷转移的加工体式格局，研究团队制备出了基在MOF质料的气体分散膜，实现了氢气/二氧化碳的高效分散。此外，他们还将褶皱MOF薄膜转移到柔性电极上，打造出可弯曲的湿度传感器。经由过程这两种运用场景，咱们可以窥见MOF薄膜即插即用的伟大潜力。

该研究得到了国度天然科学基金、中心高校基本科研营业费专项资金等的资助撑持。

相干论文信息：

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

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