美国西北大学的研究人员在材料科学领域取得了突破性进展,成功创造出一种二维(2D)机械互锁聚合物。这种类似链甲的互锁结构展现出非凡的柔韧性与强度,为轻质、高性能防护装备及其他需兼具坚韧和灵活性的应用领域带来了巨大潜力。
这项研究发表在最新一期的《科学》(Science)杂志,开创了多个领域先河。它不仅是首个二维机械互锁聚合物,还以每平方厘米达100万亿个机械键密度创下纪录。研究团队通过一种新颖、高效且可扩展的聚合工艺实现了这一技术突破,为大规模生产奠定了基础。
此前,研究人员一直尝试开发能实现机械连锁的聚合物分子,但因其技术复杂性,始终未果。此次,研究团队采用了一种全新策略:从X形单体入手,将其排列成高度有序的晶体结构,再引入化学反应以促使分子间形成机械键。
生成的晶体由层叠的二维互锁聚合物片构成,其中X形单体的末端彼此结合,中间穿插更多单体。这种聚合物结构虽坚硬,却展现出惊人的柔韧性。实验还发现,将其溶解在溶液中会导致单体层之间相互剥离。
利用尖端电子显微镜技术,研究团队在纳米尺度上检查了这种聚合物的内部结构,确认其具有高结晶度与显著柔韧性。