从原油到汽油、柴油等成品油，往往需要用蒸馏、催化等方法分离不同物(wu)质。不同于(yu)传统的蒸馏法，膜分离法能够极大降(jiang)低加工成本，提高分离效率和纯度，但(dan)这(zhe)也对分离膜的性能提出(chu)了更高的要求。
“做一(yi)张(zhang)更高效、更可(ke)靠(kao)、更耐用的分离膜，这(zhe)是我们的出(chu)发点。”中山大学化学学院郑治坤教授团队(dui)成功制备出(chu)高韧性、高弹性、高机(ji)械强度的二维晶体(ti)薄膜，并报(bao)告了一(yi)种(zhong)利用牺牲性小分子结(jie)构(gou)导向剂导向相邻晶畴形(xing)成编织晶界结(jie)构(gou)的制备方法，有望扩展晶体(ti)膜在分离、光电、柔性器件等领域的应用。相关成果近日(ri)刊发在《自然(ran)》杂志(zhi)。
论文截图。本文图片均由中山大学提供
晶界是晶体(ti)内部(bu)的缺陷结(jie)构(gou)，通常(chang)，天然(ran)和合成晶态材料是由多个单晶晶畴连(lian)接到一(yi)起，其间的大量(liang)晶界制约着材料的机(ji)械稳定性。这(zhe)一(yi)影响在由单层原子或少(shao)数原子层构(gou)成的二维晶体(ti)中格外严重(zhong)，一(yi)个线性晶界就将导致二维晶体(ti)薄膜的断裂。此外，如同木材刚劲则容易折断、柔软则难以承重(zhong)，二维晶体(ti)的机(ji)械强度与韧性往往相互制约。
在该研(yan)究(jiu)中，团队(dui)在制备二维晶体(ti)聚合物(wu)时加入牺牲性导向试剂，以线性聚合物(wu)为“梭”，利用其自发缠绕、穿插的特(te)性，将二维聚合物(wu)编织起来，形(xing)成编织晶界。待晶界形(xing)成，线性聚合物(wu)又会随排异的结(jie)晶过程自动(dong)离开。
进一(yi)步实验表明，这(zhe)种(zhong)全新晶界结(jie)构(gou)——编织晶界连(lian)接形(xing)成的晶态聚合物(wu)膜具有高韧性、高弹性和高机(ji)械强度的特(te)点，其抗压性能接近铝(lu)合金和黄(huang)金。当材料受(shou)力(li)断裂时，裂纹不扩展，且不影响裂纹附(fu)近膜的机(ji)械性能。
编织晶界聚合物(wu)均孔(kong)膜合成示(shi)意图。
郑治坤教授表示(shi)，这(zhe)为二维晶体(ti)材料在柔性器件和分离膜方面(mian)的应用奠定了基础。柔性材料可(ke)用于(yu)生产柔性显示(shi)器、柔性电池(shi)、柔性传感器等；膜分离技术则已普遍用于(yu)化工、环(huan)保、生物(wu)工程等领域。与常(chang)规膜分离相比，全结(jie)晶的聚合物(wu)膜有望以更高效率分离出(chu)更高纯度的物(wu)质。
郑治坤教授指导博(bo)士生杨永航做实验。