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全新多孔晶体材料助力可穿戴设备拥有更出色的形变能力

日前,浙江大学研究团队研发了一种全新的褶皱 MOF(金属有机框架)薄膜,为这类材料在分离膜、柔性电子等领域的集成应用开辟了新的路线,相关研究成果发表在《科学》(Science)上。

MOF 是一类新兴的多孔晶体材料,在气体存储、分离、催化、传感、生物医学等领域具有广泛的应用前景。然而,MOF 粉末难溶难熔、薄膜又硬又脆,使这类材料成型加工极为困难,以往一直是阻碍这类材料集成应用的瓶颈。

研究团队突破了上述难题 —— 让 MOF 薄膜形成“皱褶”结构,在大大增加其活性表面的同时还可以赋予其出色的形变能力。

▲制备具有图灵图案的褶皱 MOF 薄膜的限域界面合成方法

研究团队采用了一种基于“图灵机制”的方法,研究团队通过改变反应试剂的浓度、聚合物覆盖层的厚度,制备出 5 类 13 种图灵图案,获得了形貌可调的具有皱褶结构的金属有机框架化合物薄膜。

▲通过“反应-扩散”调控在褶皱 MOF 薄膜中获得形态各异的图灵图案

经实验测试,普通的金属有机框架化合物薄膜能够承受的应变常常不超过 0.3%,引入褶皱结构后能够承受高达 53.2% 的应变而不被破坏并且能像贴纸一样在有机玻璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基底之间转移。

▲褶皱 MOF 薄膜可灵活转移至各类基材实现“即插即用”

通过这种灵活转移的加工方式,研究团队制备出了基于 MOF 材料的气体分离膜,实现了氢气 / 二氧化碳的高效分离。此外,他们还将褶皱 MOF 薄膜转移到柔性电极上,制造出可弯曲的湿度传感器。

研究团队表示:“这项研究为 MOF 薄膜材料提出了一种新的结构形态,实现了薄膜制造过程与功能化集成的解耦,赋予了这类材料更具想象空间的应用方式,希望我们的研究可以助力低碳化工可穿戴设备医疗健康等领域的发展。”

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本文由 Funstec非凡实验室 作者:Albert 发表,转载请注明来源!