從原油到汽油、柴油等成品油，往往需要用蒸餾、催化等方法分離不同物質。不同於傳統的蒸餾法，膜分離法能夠大幅降低加工成本，提高分離效率和純度，但這也對分離膜的性能提出了更高的要求。

「做一張更有效率、更可靠、更耐用的分離膜，這是我們的出發點。」中山大學化學學院鄭治坤教授團隊成功製備出高韌性、高彈性、高機械強度的二維晶體薄膜，並報告了一種利用犧牲性小分子結構導向劑導向相鄰晶疇形成編織晶界結構的製備方法，可望擴展晶體膜在分離、光電、柔性元件等領域的應用。相關成果近日刊發在《自然》雜誌。

論文截圖。本文圖片皆由中山大學提供

晶界是晶體內部的缺陷結構，通常，天然和合成晶態材料是由多個單晶晶疇連接在一起，其間的大量晶界制約著材料的機械穩定性。這項影響在由單層原子或少數原子層構成的二維晶體中格外嚴重，一個線性晶界就會導致二維晶體薄膜的斷裂。此外，如同木材剛勁則容易折斷、柔軟則難以承重，二維晶體的機械強度與韌性往往相互制約。

在該研究中，團隊在製備二維晶體聚合物時加入犧牲性導向試劑，以線性聚合物為“梭”，利用其自發纏繞、穿插的特性，將二維聚合物編織起來，形成編織晶界。待晶界形成，線性聚合物又會隨排異的結晶過程自動離開。

進一步實驗表明，這種全新晶界結構——編織晶界連接形成的晶態聚合物薄膜具有高韌性、高彈性和高機械強度的特點，其抗壓性能接近鋁合金和黃金。當材料受力斷裂時，裂縫不擴展，且不影響裂紋附近膜的機械性質。

編織晶界聚合物均孔膜合成示意圖。

鄭治坤教授表示，這為二維晶體材料在柔性元件和分離膜方面的應用奠定了基礎。柔性材料可用於生產柔性顯示器、柔性電池、柔性感測器等；膜分離技術則普遍用於化學、環保、生物工程等領域。與常規膜分離相比，全結晶的聚合物薄膜有望以更高效率分離出更高純度的物質。

鄭治坤教授指導博士生楊永航做實驗。