研伸客户文章--Nature:单晶2D-COFs弹性薄膜-吉林中科研伸科技有限公司

摘要:

多晶材料的性能往往由缺陷主导，二维 (2D)晶体甚至可以被一条线缺陷分割和破坏。相比之下，2D晶体通常需要加工成薄膜，而薄膜不可避免地是多晶的，并且包含许多晶界，因此易碎易碎，阻碍了在柔性电子、光电子和分离领域的应用。此外，与玻璃、木材和塑料类似，它们在机械强度和韧性之间受到权衡效应的影响。在这里，作者报告了一种方法，以一种新兴的2D晶体- 2D共价有机框架(COFs) 为材料，利用脂肪族双胺作为牺牲媒介，在水面上通过相互编织的晶界连接单晶域，从而产生高强度，韧性和弹性薄膜。两种2DCOFs薄膜的杨氏模量为38，断裂强度分别为56.7±7.4 GPa和73.4±11.6 GPa, 82.2±9.1 N/m和29.5±39±7.2 N/m。我们设想牺牲中间引导合成方法和交织晶界将启发各种多晶材料的晶界工程，赋予它们新的性能，增强它们的现有应用，并为新的应用铺平道路。

Fig. 1 | Synthesis protocol and morphology of 2DCOF-1 film.

Fig. 2 | Crystallinity and grain boundary structure of 2DCOF-1 film.

Fig. 3 | Reaction time dependent structure analysis of 2DCOF-1 films.

Fig. 4 | Mechanical properties of 2DCOF-1 film.

图1 |宏观2DCOF-1薄膜。a, 2DCOF-1薄膜生长在直径为60 mm的培养皿的429水面上的照片。b, c, 2DCOF-1薄膜沉积在硅衬底上的照相(b)和光学显微镜(c) 430图像，衬底上有一层300 nm厚的二氧化硅。(b)中箭头表示的431位置是在薄膜的432沉积期间镊子捕获硅衬底的位置。基板允许埃级厚度检测的眼睛，由于假433颜色变化。薄膜颜色均匀表明其厚度均匀。d，照片434弯曲的2DCOF-1胶片沉积在Nafion胶片上。箭头所表示的位置是裸露的435 Nafion胶片

图2 | 2DCOF-1薄膜的结晶度和结构。a，悬浮在多孔铜网格上的2DCOF-1薄膜437的TEM图像。不同区域((c)， (d)， 438 (e)， (f))的选定区域电子衍射图表明了2DCOF-1薄膜的单晶性。f，用AC-HRTEM观察2DCOF-1薄膜439的近原子结构。插入，对应的快速傅里叶变换模式

图3 | 2DCOF-1薄膜反应时间依赖性的GIWAXS图像。在合成时间为(a) 6443小时，(b) 7小时，(c) 16小时，(d) 6天的情况下，2DCOF-1薄膜沉积在直径为1.5 cm的硅块上的GIWAXS图像

图4:2DCOF-1薄膜的AC-HRTEM图像随反应时间的变化AC-HRTEM 445在合成时间(a) 6至8小时(插图446显示薄膜的选定区域电子衍射图)，(b) 14小时，(c) 16小时，(d) 2天，(e) 6 447天，(f) 7天下沉积在多孔铜网格上的2DCOF-1薄膜的图像

结论:

二维材料或聚合物可以坚固或坚韧，但很少两者兼而有之;当它们是高度结晶的时候，它们通常是小而脆弱的。在这里，我们开发了一种牺牲中间引导界面合成方法，将非晶态线性聚合物中通常存在的交织结构引入亚胺连接的2DCOFs多晶膜中，以连接其单晶畴，从而使其具有高强度，韧性和弹性。韧性和弹性是非晶态线性聚合物代替单晶结构2DCOFs薄膜的典型力学性能。我们使用亚胺连接2DCOFs将非晶材料的结构和性能引入晶体中，很可能非晶材料的结构和性能也可以应用到其他晶体材料中，赋予它们新的性能，增强它们的特定应用，为新的应用铺平道路。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07505-x

885950-11-8 22112-84-1 1951-36-6

Jilin Chinese Academy of Sciences

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