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中国青年报客户端杭州8月9日电（中青报·中青网记者 李剑平）今天，浙江大学化学工程与生物工程学院赵俊杰研究团队利用动植物图灵原理，在金属有机框架（MOF）多孔晶体新材料上，皱褶“长出”仿生图的研究成果，发表在国际学术期刊《科学》（Science)。
据介绍，金属有机框架（MOF）多孔晶体新材料，在气体存储、分离、催化、传感、生物医学等领域，具有广泛的应用前景。然而，MOF粉末难溶解和熔化，薄膜又硬又脆，成型加工极为困难，阻碍了这类材料集成应用。
赵俊杰团队找到一种巧妙的方法，让MOF薄膜形成“皱褶”结构，在增加其活性表面的同时，还可以赋予其出色的形变能力。这种方法是基于“图灵机制”的方法，即1952年艾伦∙图灵(Alan Turing)提出的一种“反应-扩散”模型，用于解释自然界中图案形成的机制。
受图灵理论的启发，赵俊杰研究团队提出限域界面合成的方法，主要在原子层沉积（ALD）的氧化锌表面添加聚合物覆盖层，从而构筑一个限域反应空间。合成MOF的反应试剂自上而下扩散，氧化锌表面释放的碱性水解产物自下而上扩散，从而形成一组相向运动的化学行波。
通过数学建模与数值模拟，赵俊杰研究团队发现，通过调控“反应-扩散”条件，改变反应试剂的浓度、聚合物覆盖层的厚度，制备出5类共13种图灵图案，获得形貌可调的皱褶MOF薄膜。这些图案涵盖经典的迷宫状条纹、点状、环状等多种图灵图案类型，与自然界中海鳗、箱鲀、豹等动物的斑纹十分相似。
这项研究不仅增加MOF薄膜的有效表面积，而且赋予薄膜出色的柔韧性，使其能够承受高达53.2%的应变而不被破坏，其优异的力学性能像“贴纸”一样，轻松地在不同基底之间转移。研究人员把这种薄膜转移到有机玻璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基底上，发现薄膜的结构和性能得到完好保留，将赋予更多想象空间和应用方式。
通过“反应-扩散”调控在褶皱MOF薄膜中获得形态各异的图灵图案。 浙江大学供图
来源：中国青年报客户端
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