研究人員以類織品般的紡奈米結構開發新材質

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由螺旋狀組織線狀體,也就是彼此以規律間隔編織而成的線體所架構而成的3D共價鍵的有機框架(covalent organic framework;COF)已經由跨國性化學家與材料科學家所組成的團隊合成創造出來,此團隊是由隸屬於美國能源部的勞倫斯伯克利國家實驗室(DOE’s Lawrence Berkeley National Laboratory)奧馬爾·亞基博士(Dr. Omar Yaghi)以及上海科技大學Osamu Terasaki博士所帶領。

共價鍵的有機框架是指由有機的組織材料連結在一起所創造出來的架構。它們之所以有吸引力,乃由於它們的低密度及多孔性具有許多大有可為的應用功能,例如用來儲存氣體或用作光電器具使用,不過以前合成的共價鍵的有機框架太過於堅硬。

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要創造出更具彈性,類似紡織品一般共價鍵的有機框架,已經是分子等級上的挑戰。

這個由亞基博士和Terasaki博士以及他們來自美國、瑞典、西班牙、日本和沙烏地阿拉伯的同事所共同研發出來的合成方法,將帶領材料科學進入一個嶄新的領域。

亞基博士說:「我們已經把編織的藝術帶到次原子與分子的等級,這提供了我們一個強而有力的新方法,並且能夠以令人難以置信的精確度來操縱物質,藉以將獨特且有價值的機械性能完全展現出來。」

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「長期以來編織在化學領域中已是廣受歡迎,但在生物學上卻是陌生的。不過,我們已經找到一個新的方法編織有機線狀體,這使得我們可以設計複雜的2D和3D的有機延伸架構。」

在他們新的研究當中,亞基博士、Terasaki博士和共同作者,使用銅I合成物作模型,希望能將有機化合物「鄰二氮菲」(phenanthroline)的線狀體帶入一個編織模式當中,藉以製造出他們稱之為505號共價鍵的有機框架(COF-505)。

透過X光和電子繞射表徵,他們發現銅I離子在不改變COF-505的編織結構下雙向的離開或恢復它。COF的脫金屬化可以將它的彈性增強10倍,而金屬化的恢復可以使它回到原來的硬度。

在今天上線的 journal Science期刊中的報告中,研究人員寫道:「我們在總體策略和執行合成設計的編織材料COF-505上作報告。」

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「這個共價鍵的有機框架擁有螺旋狀組織線狀體相互交織而成,可以在局部結構上創造出編織的水晶結構,因此這個材質可以在彈性部分展現出一個特別的作用。」

科學家說:「此編織的共價鍵的有機框架在結構上的彈性展現了非常可觀的優勢,不管是在彈性或可逆性上都遠超越原來的共價鍵的有機框架。」

來源: Sci News