發現媲美鈦合金力學性能的材料|青促會述評

2021-02-15 CellPress細胞科學

二維（2D）共價有機骨架（COF）是具有廣闊應用前景的晶態聚合物納米材料。然而，對於2D COF的機械性能和斷裂機理了解甚少。因此作者報導了超薄COFTAPB-DHTA薄膜的定量原位拉伸研究，實驗結果顯示其斷裂強度σf為0.75 ± 0.34 GPa，拉伸模量E為10.38 ± 3.42 GPa，標稱密度為0.393 g/cc，因此COFTAPB-DHTA薄膜具有相當於Kevlar（2 GPa•cc/g）的特定強度，以及與鈦合金（23 GPa•cc/g）相媲美的特定模量。此外，COFTAPB-DHTA薄膜的斷裂韌性Kc為0.55 ± 0.09 MPa√m，並且發現當預製裂紋的尺寸低於臨界值時，裂紋延伸可能對預製裂紋不敏感，從而導致此類超薄納米材料對缺陷不敏感的有趣現象。該工作深入研究了2D COF薄膜斷裂特性，為其未來應用奠定了基礎。

Two-dimensional (2D) covalent organic frameworks (COFs) are promising polymeric crystalline nanomaterials with broad applications. However, the understanding of their mechanical properties

and fracture mechanisms remains elusive. Here, we report a quantitative in situ tensile study of ultrathin COFTAPB-DHTA films. The fracture strength was measured to be 0.75 ± 0.34 GPa, and the tensile modulus was measured to be 10.38 ± 3.42 GPa, with a nominal density of 0.393 g/cc, thus having specific strength equivalent to Kevlar (2 GPa•cc/g), and specific modulus comparable with titanium alloys (23 GPa•cc/g). In addition, the fracture toughness was measured to be 0.55 ± 0.09 MPa√m, and it was found that the crack propagation could be insensitive to the pre-crack when the size of pre-crack is below a critical value, leading to intriguing flaw insensitivity in such ultrathin nanomaterials. This work provides in-depth insights into the fracture properties of 2D COF films and lays a foundation for their future applications.

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