可承受高達53.2%的應變，浙大團隊解鎖MOF薄膜可拉伸性能，為分離膜和柔性電子挖掘新潛力

「我要去做博後繼續從事科學研究，你們開多少薪金都是沒有用的。」2016 年當趙俊傑從美國北卡羅萊納州立大學博士畢業時，有很多企業通過其導師、或直接向他拋出橄欖枝。但是，他都一一謝絕了。

後來，他在美國麻省理工學院完成博士後研究，並於 2018 年回到母校浙江大學擔任「百人計劃」研究員一職。

他表示：「做學術是一條更有挑戰的路，但是能讓自己更有成就感和收穫感。至少到現在我依然不後悔這個選擇。」

憑藉這份堅持不懈和迎難而上，他和團隊在最近收穫了一篇 Science 論文。

在這項研究中，他和團隊提出一種金屬有機框架的新型薄膜結構形態，並為此開發出一種獨特的合成方法。

通過構建限域界面合成的方法，採用對「反應-擴散」的控制手段，他們獲得了含有多種圖靈圖案的褶皺金屬有機框架薄膜。

這種薄膜即便承受高達 53.2% 的應變也不會被破壞，並能像「貼紙」一樣在不同基底之間實現轉移。

基於這樣的褶皺結構，趙俊傑和團隊不僅解鎖了金屬有機框架薄膜可拉伸的性能，也賦予了金屬有機框架薄膜「即插即用」的潛力。

「從金屬有機框架薄膜的褶皺結構、到合成方法、再到通過轉移進行集成應用的方式，這些方面都比較新穎。」他說，「可能這是我們的研究成果能夠被 Science 錄用的主要原因。」

在論文中，他和團隊主要探索了兩種潛在應用場景：

其一，打造可用於氫氣/二氧化碳分離的膜材料。這對於氫氣提純、氫能發展具有重要意義。通過膜分離提高降低化工分離過程的能耗，也將能助力於打造低碳綠色型的化學工業。

其二，由於這種薄膜材料能和柔性基底實現良好的貼合，因此可被用於製備柔性濕度傳感器。未來也有希望在電子皮膚、柔性器件和可穿戴設備等領域獲得應用。

慧鳥也先飛，大三開始搞科研

值得注意的是，在完成這項研究的時候，本論文的第一作者羅昕宇還只是一名剛完成碩士學業的研究生。

趙俊傑坦言，儘管完成本次研究之時，論文一作羅昕宇剛碩士畢業。但是，羅昕宇早在 2018 年讀大三的時候，就已經進入實驗室接受科研訓練。

因此，在他做本科畢業設計課題時，趙俊傑向他提出：能否通過聚合物覆蓋層去控制「反應-擴散」的過程，進而構建限域界面合成金屬有機框架的方式？

於是，從大四開始羅昕宇就開始研究這項課題，這一過程並不順利直到碩士第一年，他仍然在摸索。

前期因為選用的聚合物覆蓋層材料都不太理想，所以在製備金屬有機框架褶皺薄膜的過程中，經常會出現缺陷、裂紋等情況。

經歷了一系列挫折以後，2022 上半年他們改用了嵌段聚合物彈性體作為覆蓋層。

這種聚合物的特點是：

首先，它本身模量很低、斷裂伸長率非常大，因此在金屬有機框架形成褶皺的過程中不會破壞聚合物覆蓋層的連續性。

其次，這種聚合物本身也可以用作氣體分離膜，因此這個覆蓋層不會產生太大的傳質阻力。

在將嵌段聚合物的彈性體作為覆蓋層之後，他們在實驗中看到了令人十分欣喜的圖案，也意味著這項研究終於有了實質性的進展。

隨後，他們又通過數學建模和實驗驗證，深入理解圖靈圖案的形成機制，並且實現了對圖案形成的良好控制。

另外，他們還針對褶皺薄膜的力學性能加以分析，採用了一系列的表徵方法證實了這種薄膜的確能夠承受較大的拉伸應變。

最後，他們還針對褶皺薄膜開發出一種靈活集成的方法：只需要採取簡單的轉移方式，就能將它貼合到不同的基材表面，從而製備出氣體分離膜和柔性傳感器等。

已獲保研卻因病休學，康復後重新考研併發表 Science 論文

事實上，本論文第一作者羅昕宇的求學經歷，遠比想像中艱難。趙俊傑說：「他是 2018 年讀大三時進入我實驗室的，但是本科畢業卻是在 2021 年 6 月份。他的個人經歷遠比本次研究更加坎坷。」

2019 年下半年，原本是羅昕宇開始讀大四之時，他就順利拿到了保研本校的名額。

當時作為導師的趙俊傑也很開心，因為這意味著羅昕宇可以直接留在組里繼續開展上述課題。

非常不巧的是，2019 年 10 月左右，羅昕宇突發疾病，之後經歷了多輪手術。

於是，羅昕宇因病休學一年，而且不得不因此放棄原來已經獲得的保研資格，因為保研一般要求學生必須在四年內完成本科學業。

後來，他又重新考研，再被錄取到浙江大學化學工程與生物工程學院，然後才重新啟動本次課題。

趙俊傑說：「羅昕宇經歷過許多挫折、磨難，所以比同齡人成熟很多。而在科研中，他的專注度和毅力也都超乎常人。這也是他能把這項研究做得非常成功的原因。」

在 2024 年下半年，羅昕宇即將去美國麻省大學攻讀博士學位。

趙俊傑補充稱：「所有參與這項研究的師生展現出的團隊協作精神也同樣讓我非常感動。」

論文第二作者張銘、第三作者胡予繽，從不計較個人的得失，在課題攻關階段全力投入，為研究褶皺薄膜的力學性能、構效關係付出了巨大的努力。

此外，浙江大學羅英武教授、陳聖福教授、周昊飛研究員、徐彥副教授、郝胤喧，上海同步輻射光源許子健、陳省，新加坡國立大學林藝良助理教授也為這項研究做出了很大貢獻。

浙江大學碩士畢業生羅昕宇是第一作者，趙俊傑擔任通訊作者。

圖 | 相關論文（來源：Science）

接下來，該團隊還將進一步拓展褶皺金屬有機框架薄膜的適用體系，以便製備更多類型的金屬有機框架薄膜。

此外，課題組還希望能與柔性電子器件的團隊開展合作，進一步地探索褶皺金屬有機框架薄膜在可穿戴設備中的應用。

參考資料：

1.Luo, X., Zhang, M., Hu, Y., Xu, Y., Zhou, H., Xu, Z., Hao, Y., Chen, S., Chen, S., Luo, Y., Lin, Y., Zhao, J. (2024). Wrinkled metal-organic framework thin films with tunable Turing patterns for pliable integration.Science, 385(6709), 647-651.

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