自组装驱动的纳米机械在有孔的共价有机框架薄膜中
Kaushik Dey1, Surojit Bhunia1,2, Himadri Sekhar Sasmal1
1Department of Chemical Sciences, Indian Institute of Science Education and Research, Kolkata, Mohanpur 741246, India.
Journal of the American Chemical Society
|January 6, 2021
概括
研究人员制造出两种具有明显纳米结构的多孔共价有机框架 (COF) 薄膜. 控制纳米结构和相互作用显著影响机械性能,使可调节材料的性能.
科学领域:
- 材料科学
- 纳米技术
- 机械工程
背景情况:
- 由于缺陷和复杂的组装,在多孔共价有机框架 (COF) 中建立分子结构和宏观机械特性之间的联系具有挑战性.
- 了解这些挑战对于开发具有可预测机械行为的COF至关重要.
研究的目的:
- 制造和描述两种不同类型的COF薄膜,其内部顺序和自组合可控制.
- 研究结构缺陷和超分子相互作用对COF薄膜的机械性能 (应力-应变行为) 的影响.
主要方法:
- 使用相同的构件但具有不同的自组装策略 (纳米纤维与纳米球) 制造COF薄膜.
- 机械测试以确定应力应变行为,模量 (E) 和硬度 (H).
- 对缺陷密度和超分子相互作用进行分析以与机械反应相关联.
主要成果:
- 纳米纤维组装的COF薄膜 (Tp-Azo纤维) 在低应力下显示出很大的变形 (E ≈ 1.46 GPa,H ≈ 23 MPa) 由于内部力量较弱.
- 纳米层螺纹COF薄膜 (Tp-Azosphere) 显示出显著更高的刚性和硬度 (E ≈ 15.3 GPa,H ≈ 66 MPa) 归因于强大的共价相互作用和结晶性.
- 这两种薄膜都显示出相当大的弹性回收率 (∼80%).
结论:
- 构件的内部顺序和自组装决定了COF薄膜的机械性能.
- 定制纳米结构和分子间力量为特定机械应用设计COF材料提供了一条途径.
- 这项研究为制造具有可调节机械性能的工业相关的晶体多孔膜和膜提供了洞察力.
