5 月 28 日，中山大学郑治坤教授团队在二维晶体薄膜领域的这一突破，无疑为材料科学领域注入了新的活力。他们所成功制备出的高韧性、高弹性、高机械强度的二维晶体薄膜，不仅具有出色的物理性能，更在制备方法上展现了创新性和实用性。
从原油到汽油、柴油等成品油，往往需要经过蒸馏、催化等工序分离不同物质。从大型炼油塔的建造和维护，到加热消耗的能源，石油化工近80%成本花在分离上。膜分离法成为化工生产领域降低能源消耗、削减加工成本、提高分离效率和产品纯度的一条“出路”。
传统有机高分子材料制成的分离膜，浸到油里会被溶解或溶胀，使用全结晶的分离膜则可有效避免这些问题。为此，郑治坤团队深入研究晶态聚合物均孔膜的制备、结构和性能调控等问题。从把膜制作出来，到实现孔道结构均一，再到让它更高效、更可靠、更耐用。“我们这项研究其实解决的是两个力学问题，一是实现材料强度和韧性的同步增强，二是改善晶体的脆性，提高其机械稳定性。”郑治坤说。
在该研究中，团队在制备二维晶体聚合物时加入牺牲性导向试剂，以线性聚合物为“梭”，利用其自发缠绕、穿插的特性，将二维聚合物编织起来，形成编织晶界。待晶界形成，线性聚合物又会随排异的结晶过程自动离开。
进一步实验表明，这种全新晶界结构——编织晶界连接形成的晶态聚合物膜具有高韧性、高弹性和高机械强度的特点，其抗压性能接近铝合金和黄金。当材料受力断裂时，裂纹不扩展，且不影响裂纹附近膜的机械性能。
“这为二维晶体材料在柔性器件和分离膜方面的应用奠定了基础。柔性材料可用于生产柔性显示器、柔性电池、柔性传感器等。膜分离技术则已普遍用于化工、环保、生物工程等领域。与常规膜分离相比，全结晶的聚合物膜有望以更高效率分离出更高纯度的物质。”郑治坤说。
