8月11日消息,浙江大学的一支研究团队近期在《科学》(Science)杂志上发表了一项突破性研究成果,他们成功研发出一种全新的褶皱金属有机框架(MOF)薄膜,这一创新为MOF材料在分离膜、柔性电子等领域的集成应用开辟了新的途径。
MOF作为一类新兴的多孔晶体材料,在气体存储、分离、催化、传感以及生物医学等多个领域展现出广泛的应用潜力。然而,MOF材料的加工成型一直是一大挑战,其粉末形态难以溶解和熔融,而薄膜形态则显得硬且脆,这些问题严重阻碍了MOF材料的集成应用。
据ITBEAR了解,研究团队成功攻克了这一难题,他们通过让MOF薄膜形成独特的“皱褶”结构,不仅显著增大了其活性表面积,还赋予了它出色的形变能力。这一创新使得MOF薄膜能够在保持结构稳定性的同时,实现更大的应变承受能力。
研究团队采用了一种基于“图灵机制”的方法,通过精细调控反应试剂的浓度和聚合物覆盖层的厚度,成功制备出了5类共13种形态各异的图灵图案,这些图案赋予了MOF薄膜更加丰富和可调的皱褶结构。
实验测试结果显示,普通的MOF薄膜能够承受的应变通常不超过,而引入褶皱结构后的MOF薄膜则能够承受高达的应变而不被破坏。更令人瞩目的是,这种褶皱MOF薄膜还能像贴纸一样轻松转移到有机玻璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基底上,实现了“即插即用”的便捷应用。
利用这种灵活的转移加工方式,研究团队进一步制备出了基于MOF材料的气体分离膜,并成功实现了氢气与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,成功制造出可弯曲的湿度传感器,展示了MOF材料在柔性电子领域的潜在应用。
研究团队表示,这项研究为MOF薄膜材料提出了一种全新的结构形态,实现了薄膜制造过程与功能化集成的解耦,为这类材料的应用开启了更多的想象空间。他们希望这项研究能够助力低碳化工、可穿戴设备以及医疗健康等领域的发展,推动相关技术的进一步创新与进步。