图 编织晶界合成示意图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52061135103、51873236）等资助下，中山大学化学学院和广东工业大学轻工化工学院郑治坤教授，针对材料刚度与韧性难以兼得和高结晶度材料易碎等问题，通过全新晶界-编织晶界构建，获得了高韧性、高弹性、高机械强度的全结晶聚合物膜，为全结晶聚合物膜在分离、光电、柔性器件等领域的应用奠定了坚实的基础。相关成果以“弹性共价有机骨架单晶膜（Elastic films of single-crystal two-dimensional covalent organic frameworks）”为题，于2024年6月27日发表在《自然》（Nature）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07505-x。

　　高结晶度材料的机械物理性能主要取决于其缺陷结构，缺陷特别是晶界缺陷严重破坏高结晶度材料的机械物理性能，而天然和合成晶态材料通常为多晶，故晶态材料机械强度通常不高、易碎。与此同时，与各种材料一样，晶态材料的刚性与韧性难以兼得，同步增强刚性和韧性并改善脆性是晶态材料领域一直面临的科学和工程难题。

　　鉴于制品可通过编织增强机械强度，且编织结构广泛存在于非晶聚合物中，该研究团队通过引入牺牲性非晶聚合物组分的方式，以非晶聚合物组分为“梭”，利用其自发缠绕、穿插的特性，编织全结晶聚合物膜，形成编织晶界。通过聚合网络提供刚性，通过晶界处编织结构的滑动耗散能量增强韧性。所得全结晶聚合物膜机械强度和断裂强度高，其抗压性能接近致密材料铝合金，而断裂强度和断裂伸长率优于铝合金。受力冲击断裂时，力学损伤限制在受力集中点，裂纹不扩展，裂纹附近膜的机械性能与断裂前无差别；对于一般全结晶材料，裂纹一旦形成便会迅速扩展，从而对机械性能造成严重影响。更重要的是，所得全结晶材料耐搓揉，这是目前其它全结晶材料难以实现的机械性能。

　　该工作为全结晶材料在柔性器件和分离膜领域的应用奠定了基础。柔性晶体材料可用于生产柔性芯片、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、能源、生物工程等领域。与常规膜分离相比，全结晶聚合物膜由于规整度高有望以更高效率分离出更高纯度的物质，特别是在传统分离膜难以应用的高附加值领域，如化工中间体精准分离、高纯电子化学品及药物中间体纯化等。