|
金属-有机框架(MOFs)由于具有极高的表面体积比和巨大的结构和化学多样性，在多相催化、气体储存分离和药物传递等应用中受到了广泛的关注。然而，MOF材料作为力学超材料的潜力尚未被研究。上海科技大学张洪题研究员、李涛研究员和北京航空航天大学胡大勇通过分子结构和介观结构设计的共同努力，构建了一系列具有可调空腔尺寸的单晶UiO-66中空晶体，多级MOFs可以表现出卓越的力学性能。探索其作为纳米级机械超材料的潜力。图1. 中空UiO-66 MOF粒子的原位TEM研究。相关研究工作以“Exploration of Hierarchical Metal-Organic Framework as Ultralight, High-Strength Mechanical Metamaterials”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。图2. 单个中空UiO-66 MOF颗粒的力学数据和静止帧来自一个典型的原位TEM测试。要点1. 作者利用先进的原位透射电镜和扫描电镜(TEM和SEM)技术，通过压缩单个试样定量研究了UiO-66八面体空心颗粒的力学性能，并探索其作为纳米级机械超材料的潜力。要点2. 结果表明：分级多孔中空UiO-66材料的屈服强度和杨氏模量呈明显的“越小越强越硬”的尺寸依赖性，符合Hall-Petch规律。有效尺寸为~300 nm的中空UiO-66颗粒的最大屈服强度和杨氏模量分别达到580±55 MPa和4.3±0.5 GPa，达到了与纳米级金属合金相当的水平；比强度测量值为0.15±0.03至0.68±0.11 GPa g-1 cm3，可与之前报道的最先进的机械超材料，如玻璃碳纳米晶格和热解碳纳米晶格相媲美。这项工作揭示了MOF材料可以制成一种新型的低密度、高强度机械超材料，并为实际应用提供了对纳米级MOF材料力学稳定性的认识图3.对比中空UiO-66粒子的密度、强度、杨氏模量和比强度与传统工程材料和最先进的机械超材料。图4. SEM内单个UiO-66 MOF空心颗粒的原位压缩试验。图5. 压缩条件下空心八面体晶体应力分布与演化的有限元模拟。https:///10.1021/jacs.1c11136
|
