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中国科大突破材料性能瓶颈
文章字数:695
  本报讯(全媒体记者 韩如意)近日,中国科学技术大学刘波教授团队在二维材料领域取得重大突破,成功研发出一系列兼具高强度与高弹性的二维聚酰胺薄膜材料。其中,GH-TMC薄膜的杨氏模量高达35.6GPa,硬度达2.0GPa,同时弹性回复率保持在60%,其综合力学性能显著超越了绝大多数传统聚合物、金属乃至主流金属有机框架(MOF)和共价有机框架(COF)材料。这一成果成功破解了二维材料领域长期存在的“强度与弹性难以兼顾”的核心矛盾,为柔性电子器件、高性能防护涂层及先进能源器件等领域的材料升级提供了全新的解决方案。
  在材料科学中,追求高强度往往意味着牺牲弹性,反之亦然。传统的无机二维材料硬度高但可调性差、易脆;而有机二维聚合物虽弹性好、结构可调,但强度普遍偏低。这一性能矛盾严重限制了二维材料在需要同时承受力学负荷和动态形变场景下的实际应用。
  针对这一挑战,刘波教授团队提出了创新的“刚性单元微型化与多重弱相互作用协同”设计策略。为了精确验证材料的卓越性能,团队采用了原子力显微镜峰力定量纳米力学成像与原位扫描电镜纳米压痕技术进行双重表征。结果显示,GH-TMC薄膜的力学性能高度均匀,不同测试区域的模量与硬度偏差极小。即使在深度达700纳米的连续多次压痕测试中,材料仍能保持稳定的应力位移响应,且无明显塑性变形,证明了其在高负载下的结构鲁棒性。
  此项研究的核心突破,不仅在于成功创制了一种性能优异的具体材料,更在于建立了一套普适性的“分子结构-相互作用-宏观性能”可调控范式。该设计策略为按需定制具有不同强度-弹性配比的二维材料指明了方向。这标志着我国在二维聚合物材料的理性设计与性能调控方面迈出了关键一步,有力推动了先进功能材料从实验室研究走向实际应用。

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