来源：iNature
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。
2024年5月8日，中山大学郑治坤团队在Nature 在线发表题为“Elastic films of single-crystal two-dimensional covalent organic frameworks”的研究论文，该研究报告了一种方法，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，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±7.2 N/m。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。
二维COFs是一种由有机节点和连接剂通过共价连接而构成的周期性多孔二维聚合物。它们通常是通过溶液合成得到的不可加工的粉末，通过合成粉末的剥离得到的部分结晶片，通过表面合成和化学气相沉积在结晶金属表面上得到的不连续薄膜，以及通过界面合成得到的由非晶材料隔开的部分结晶膜。
近年来，用小分子表面活性剂或线性聚合物辅助合成方法在水面上制备了48种多晶膜，后者制备的膜平均单晶域更大。然而，所有薄膜都很脆弱，在压力作用下容易破裂，裂纹沿晶界扩展严重。相反，线性聚合物缠结形成的非晶态材料阻止裂纹扩展，并表现出坚韧甚至弹性的机械性能。
该研究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。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。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07505-x
