Учёный из Университета Райса в США Цзюнь Лоу разработал лёгкий материал с высокой жёсткостью и прочностью, который сохраняет свои двумерные свойства даже в виде многослойного стека. Открытие является первым шагом к использованию 2D-полимеров, где важны механические свойства, и может открыть двери для новых высокопроизводительных систем фильтрации, технологий улавливания углерода и накопления энергии.
Исследователи посмотрели, как ведут себя два COF (ковалентных органических каркаса) с очень похожей структурой, когда несколько слоёв сложены вместе, и обнаружили, что небольшая разница в их структуре приводит к совершенно разным моделям межслойного взаимодействия.
«Мы обнаружили, что сильное межслойное взаимодействие в последнем COF является результатом значительного усиления водородных связей между его специальными функциональными группами. И эти связи можно настраивать по желанию», — сказал один из ассистентов Чжэньцянь Панг.
В предыдущем исследовании двумерных материалов Лу и его коллеги показали, что гексагональный нитрид бора (h-BN) в 10 раз более устойчив к разрушению, чем графен. И если у гексагена шестиугольная структура решётки, которая повторяется до бесконечности, то для 2D-полимера также есть линкер или узловой блок, что делает этот шестиугольник больше. А более крупный повторяющийся элемент означает, что материал менее плотный. Так что получается, что COF почти в 10 раз менее плотный, чем графен или h-BN, но при этом его удельная жёсткость превосходит их.
Ещё одним потенциальным применением COF может стать массовая модернизация накопителей энергии.