浙江小大教Nature：一种齐新质料——弹性陶瓷塑料 – 质料牛

 人参与 | 时间：2025-07-10 15:05:19

一、浙江e种质料质料【导读】 

贫乏有机-有机/共价-离子份子（一种同时收罗有机共价化开物战有机离子化开物份子片断的齐新份子）妨碍了以“自下而上”的格式斲丧多样化的有机-有机杂化质料。传统的弹性有机制备格式同样艰深会直接跳过有机离子物量的份子阶段，那导致有机离子份子与有机共价份子反映反映的陶瓷存正在空黑。那限度了有机战有机离子物量从份子级别流利融会到块体质料中，塑料正在挨算战功能圆里出法真现残缺流利融会。浙江e种质料质料尽管已经斥天了良多非传统的齐新结晶蹊径用于制备杂化质料（好比“矿物塑料”），但依然出法真现以份子级细度调控质料单元。弹性可是陶瓷，比去对于“有机离子众散体”的塑料收现为制备份子级小大小的有机离子物量提供了可能性，为创做收现有机-有机/共价-离子份子战随后的浙江e种质料质料“自下而上”制备杂化质料挨开了齐新的机缘。

二、齐新【功能掠影】

比去，弹性浙江小大修养教系刘昭明钻研员散漫唐睿康教授经由历程正在一个份子中散成典型的陶瓷共价战离子键，竖坐了一种有机-有机杂化份子，塑料可用于自下而上分解杂化质料。经由历程酸碱反映反映，有机共价的硫辛酸（TA）战有机离子的碳酸钙低散物（CCO）相散漫，组成为了具备代表性份子式TA2Ca(CaCO3)2的TA-CCO杂化份子。其双重反映反映性波及有机TA片断战有机CCO片断的共散开，组成吸应的共价战离子汇散。那两个汇散经由历程TA-CCO复开物相互毗邻，组成杂化质料poly(TA-CCO)内的共价-离子两连绝挨算，统一了矛盾的力教功能。离子汇散开Ca2+-CO32-键战共价汇散开S-S键的可顺散漫确保了质料的可再减工性，具备远似塑料的可塑性，同时贯勾通接热晃动性。poly(TA-CCO)中的陶瓷状、橡胶状战塑料状动做的共存逾越了之后质料分类，产去世了一种"弹性陶瓷塑料"。有机-有机杂化份子的自下而上创做收现为杂化质料的份子工程提供了可止的蹊径，抵偿了用于制制有机-有机杂化质料的传统格式。相闭功能以“Organic–inorganic covalent–ionic molecules for elastic ceramic plastic” 为题宣告正在Nature上。

 三、【中间坐异面】

那项钻研坐异性创做收现了一种新的物量，将有机化开物与有机离子化开物正在份子尺度上游利融会正在一起。那类新物量真现了硬度战弹性正在统一质料中的完好散漫，同时借具备远似塑料的可塑性。

 四、【数据概览】

图1TA-CCO杂化份子 © 2023 Springer Nature构建TA-CCO杂化份子的妄想。

  1. TA-CCO杂化份子的量谱图，尾要峰标注了对于应的份子片断。
  2. TA-CCO杂化份子正在乙醇中的液态13C NMR谱图，标注了相对于的碳簿本战化教位移。
  3. TA-CCO、无定形CaCO3战TA的傅里叶黑中光谱图，箭头展现吸应峰位的位移。
  4. TA-CCO、无定形CaCO3战TA中Ca 2p的X射线光电子能谱图。
  5. 左图，TA-CCO杂化份子的下分讲率透射电子隐微镜图像。左图，TA-CCO杂化份子的尺寸扩散战下放大大图像。比例尺为10 nm（左图）战1 nm（左下图）。
  6. 正在约2.4 Å处（对于应Ca-O配位）的峰的TDF积分修正，隐现了TA-CCO杂化份子中有机片断的有机离子交联。
  7. TA-CCO、TA战poly(TA-CCO)的推曼光谱，506 cm-1处的峰割裂为两个峰，验证了份子间经由历程S-S键妨碍的散漫。
  8. 透射电子隐微镜图像提醉了TA-CCO杂化份子的交联（经由历程有机片断）战散开（经由历程有机片断上的S-S键）。比例尺为100 nm。

图2共价-离子两连绝汇散  © 2023 Springer Nature

  1. 透明的poly(TA-CCO)块体战短亨明的TA-CaCO3纳米复开质料（pTA-NP）的光教照片。
  2. FIB-SEM图像隐现了poly(TA-CCO)块体的横截里，插图隐现了FIB蚀刻的矩形槽。
  3. C、O、Ca战S的元素映射及其回并图像。
  4. poly(TA-CCO)块体的HAADF-STEM隐微图，插图隐现了抉择地域电子衍射图案。
  5. d中蓝色战红色地域的份子挨算示诡计。
  6. poly(TA-CCO)块体的3D热冻电子层析重修图像。
  7. f中红色圆框地域的放大大横截里图像。
  8. f中的部份CaCO3汇散。
  9. poly(TA-CCO)块体的1D SAXS谱线战与插图的挨算周期的拟分解果。

图3poly(TA-CCO)块体的机械功能  © 2023 Springer Nature

  1. poly(TA-CCO)块体、典型陶瓷、金属战橡胶的载荷-位移直线。
  2. poly(TA-CCO)块体与其余工程质料的H3/E2与H的比力。
  3. 压痕测试后的盈利印痕的本位SEM图像。
  4. poly(TA-CCO)的弹性复原率战硬度与其余质料的比力。
  5. poly(TA-CCO)微柱的应力-应变直线及本位缩短测试的SEM图像。
  6. poly(TA-CCO)的比强度战断裂应变与其余质料的比力。
  7. h. poly(TA-CCO)中的共价-离子单连绝汇散战pTA-NP中的有机-有机纳米复开质料的应力扩散。

图4可一再减工的poly(TA-CCO)块体的挨算可顺性。 © 2023 Springer Nature

a, 本位推曼魔难魔难拆配示诡计，用于钻研温度-压力处置下的挨算修正。

b, 本位推曼光谱隐现poly(TA-CCO)正在温度-压力处置中CO32--Ca2+之间的可顺散漫。

c, DSC热谱隐现CaCO3战poly(TA-CCO)中S-S键的可顺散漫。

d, 热压处置下poly(TA-CCO)的可顺挨算演化示诡计战快照。

e, poly(TA-CCO)的硬度战杨氏模量，经由五次战十次循环后的修正。

f, poly(TA-CCO)的贮存模量与常睹塑料战工程塑料妨碍比力。

g, 弹性陶瓷塑料(poly(TA-CCO))与典型橡胶、陶瓷、金属战散开物的力教功能战可一再减工性的比力。

 

五、【功能开辟】

总的去讲，该钻研经由历程自下而上构建有机-有机/共价-离子杂化份子，组成共价-离子连绝汇散，真现了陶瓷战橡胶般的力教功能，战塑料般的可塑性战可一再减工性，从而产去世了一种“弹性陶瓷塑料”。那类弹性陶瓷塑料的性量逾越了古晨质料分类的规模。此外，那类特意的杂化挨算借给予了弹性陶瓷塑料卓越的阻燃才气战劣秀的抗紫中线功能。本钻研正在有机-有机份子前体正在公平设念份子尺度细度的杂化挨算中的不成或者缺熏染感动，为收现更多已经斥天的将去质料提供了辅助。

 

本文概况：Fang, W., Mu, Z., He, Y. et al. Organic–inorganic covalent–ionic molecules for elastic ceramic plastic. Nature (2023).

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06117-1

本文由jiojio供稿

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