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MIT团队研发二维聚芳酰胺材料!超薄“分子钢板”为多领域带来革新

2025-11-25来源:快讯编辑:瑞雪

在材料科学领域,一项突破性研究正引发广泛关注。美国麻省理工学院科研团队成功开发出一种名为二维聚芳酰胺(2DPA-1)的新型有机材料,其超薄结构与卓越性能为多个行业带来革新可能。相关成果已发表于权威学术期刊《自然》,标志着有机二维聚合物研究迈入新阶段。

这种厚度仅35纳米的薄膜材料,其气体阻隔性能令人惊叹。实验数据显示,由100层材料堆叠形成的薄膜可完全阻隔气体渗透,而传统塑料需达到100微米厚度才能实现类似效果。研究团队通过创新方法验证了这一特性:在微米级凹槽结构上覆盖2DPA-1薄膜后,内部封存的氮气气球在110天内未出现明显体积变化,部分样本甚至保持膨胀状态超过三年。这种近乎零渗透的表现,使其成为保护敏感材料的理想屏障。

在新能源领域,2DPA-1已展现出巨大应用潜力。针对钙钛矿太阳能电池易受氧气和水蒸气侵蚀的缺陷,研究人员在其表面涂覆60纳米厚的2DPA-1保护层。对比实验表明,未受保护的钙钛矿在空气中3天内即完全降解,而经过处理的样本在21天后仍保持结构完整,使用寿命延长达10倍。这种非侵入式保护方案不仅降低成本,更突破了传统封装技术的性能瓶颈。

该材料的分子结构设计堪称精妙。通过三聚氰胺与三甲酰氯分子的自组装反应,形成厚度仅0.3-0.4纳米的单层"分子渔网"。多层结构通过氢键作用紧密堆叠,形成无缝隙的"分子钢板",网眼尺寸仅1纳米左右。这种独特构造使材料在保持超薄特性的同时,获得堪比金属的机械强度。研究团队通过原子力显微镜观测到,覆盖2DPA-1薄膜的微结构在真空环境中可产生每秒800万次的高频振动,品质因数达537,展现出作为纳米共振器的优异性能。

这项突破性发现正引发全球科研机构与产业界的连锁反应。复旦大学与上海交通大学联合团队已利用2DPA-1提升锂电池电极稳定性,相关成果发表于《自然·材料》。麻省理工学院研究组陆续收到来自印度、西班牙等国企业的合作意向,涉及航天器防护、智能设备防水等多个领域。研究负责人透露,团队历时五年完成从材料合成到性能验证的全链条研究,通过系统表征化学结构与形貌特征,构建起完整的理论体系。

值得关注的是,该研究开创性地将石墨烯等无机材料的表征方法应用于有机体系,为二维聚合物研究树立了新标杆。随着制备工艺的持续优化,这种兼具超薄、坚固与密封特性的材料,有望在食品包装、医疗设备、环境监测等领域引发变革。科研界普遍认为,这项发现不仅解决了钙钛矿材料商业化的关键难题,更为有机电子学发展开辟了新路径。

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