可承受高达53.2%的应变，浙大团队解锁MOF薄膜可拉伸性能，为分离膜和柔性电子挖掘新潜力

“我要去做博后继续从事科学研究，你们开多少薪水都是没有用的。”2016 年当赵俊杰从美国北卡罗莱纳州立大学博士毕业时，有很多企业通过其导师、或直接向他抛出橄榄枝。但是，他都一一谢绝了。

后来，他在美国麻省理工学院完成博士后研究，并于 2018 年回到母校浙江大学担任“百人计划”研究员一职。

图 | 赵俊杰（来源：资料图）

他表示：“做学术是一条更有挑战的路，但是能让自己更有成就感和收获感。至少到现在我依然不后悔这个选择。”

凭借这份坚持不懈和迎难而上，他和团队在最近收获了一篇 Science 论文。

在这项研究中，他和团队提出一种金属有机框架的新型薄膜结构形态，并为此开发出一种独特的合成方法。

通过构建限域界面合成的方法，采用对“反应-扩散”的控制手段，他们获得了含有多种图灵图案的褶皱金属有机框架薄膜。

这种薄膜即便承受高达 53.2% 的应变也不会被破坏，并能像“贴纸”一样在不同基底之间实现转移。

基于这样的褶皱结构，赵俊杰和团队不仅解锁了金属有机框架薄膜可拉伸的性能，也赋予了金属有机框架薄膜“即插即用”的潜力。

“从金属有机框架薄膜的褶皱结构、到合成方法、再到通过转移进行集成应用的方式，这些方面都比较新颖。”他说，“可能这是我们的研究成果能够被 Science 录用的主要原因。”

在论文中，他和团队主要探索了两种潜在应用场景：

其一，打造可用于氢气/二氧化碳分离的膜材料。这对于氢气提纯、氢能发展具有重要意义。通过膜分离提高降低化工分离过程的能耗，也将能助力于打造低碳绿色型的化学工业。

其二，由于这种薄膜材料能和柔性基底实现良好的贴合，因此可被用于制备柔性湿度传感器。未来也有希望在电子皮肤、柔性器件和可穿戴设备等领域获得应用。

（来源：Science）

慧鸟也先飞，大三开始搞科研

值得注意的是，在完成这项研究的时候，本论文的第一作者罗昕宇还只是一名刚完成硕士学业的研究生。

赵俊杰坦言，尽管完成本次研究之时，论文一作罗昕宇刚硕士毕业。但是，罗昕宇早在 2018 年读大三的时候，就已经进入实验室接受科研训练。

因此，在他做本科毕业设计课题时，赵俊杰向他提出：能否通过聚合物覆盖层去控制“反应-扩散”的过程，进而构建限域界面合成金属有机框架的方式？

于是，从大四开始罗昕宇就开始研究这项课题，这一过程并不顺利直到硕士第一年，他仍然在摸索。

前期因为选用的聚合物覆盖层材料都不太理想，所以在制备金属有机框架褶皱薄膜的过程中，经常会出现缺陷、裂纹等情况。

经历了一系列挫折以后，2022 上半年他们改用了嵌段聚合物弹性体作为覆盖层。

这种聚合物的特点是：

首先，它本身模量很低、断裂伸长率非常大，因此在金属有机框架形成褶皱的过程中不会破坏聚合物覆盖层的连续性。

其次，这种聚合物本身也可以用作气体分离膜，因此这个覆盖层不会产生太大的传质阻力。

在将嵌段聚合物的弹性体作为覆盖层之后，他们在实验中看到了令人十分欣喜的图案，也意味着这项研究终于有了实质性的进展。

随后，他们又通过数学建模和实验验证，深入理解图灵图案的形成机制，并且实现了对图案形成的良好控制。

另外，他们还针对褶皱薄膜的力学性能加以分析，采用了一系列的表征方法证实了这种薄膜的确能够承受较大的拉伸应变。

最后，他们还针对褶皱薄膜开发出一种灵活集成的方法：只需要采取简单的转移方式，就能将它贴合到不同的基材表面，从而制备出气体分离膜和柔性传感器等。

（来源：Science）

已获保研却因病休学，康复后重新考研并发表 Science 论文

事实上，本论文第一作者罗昕宇的求学经历，远比想象中艰难。赵俊杰说：“他是 2018 年读大三时进入我实验室的，但是本科毕业却是在 2021 年 6 月份。他的个人经历远比本次研究更加坎坷。”‍

2019 年下半年，原本是罗昕宇开始读大四之时，他就顺利拿到了保研本校的名额。

当时作为导师的赵俊杰也很开心，因为这意味着罗昕宇可以直接留在组里继续开展上述课题。

非常不巧的是，2019 年 10 月左右，罗昕宇突发疾病，之后经历了多轮手术。

于是，罗昕宇因病休学一年，而且不得不因此放弃原来已经获得的保研资格，因为保研一般要求学生必须在四年内完成本科学业。

后来，他又重新考研，再被录取到浙江大学化学工程与生物工程学院，然后才重新启动本次课题。

赵俊杰说：“罗昕宇经历过许多挫折、磨难，所以比同龄人成熟很多。而在科研中，他的专注度和毅力也都超乎常人。这也是他能把这项研究做得非常成功的原因。”

在 2024 年下半年，罗昕宇即将去美国麻省大学攻读博士学位。

赵俊杰补充称：“所有参与这项研究的师生展现出的团队协作精神也同样让我非常感动。”

论文第二作者张铭、第三作者胡予缤，从不计较个人的得失，在课题攻关阶段全力投入，为研究褶皱薄膜的力学性能、构效关系付出了巨大的努力。

此外，浙江大学罗英武教授、陈圣福教授、周昊飞研究员、徐彦副教授、郝胤喧，上海同步辐射光源许子健、陈省，新加坡国立大学林艺良助理教授也为这项研究做出了很大贡献。

图 | 左起：张铭、胡予缤、罗昕宇、赵俊杰（来源：资料图）

在他们的努力之下，本次论文最终以《具有可调图灵图案的褶皱金属-有机框架薄膜用于柔韧集成》（Wrinkled metal-organic framework thin films with tunable Turing patterns for pliable integration）为题发在 Science[1]。

浙江大学硕士毕业生罗昕宇是第一作者，赵俊杰担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Science）

接下来，该团队还将进一步拓展褶皱金属有机框架薄膜的适用体系，以便制备更多类型的金属有机框架薄膜。

此外，课题组还希望能与柔性电子器件的团队开展合作，进一步地探索褶皱金属有机框架薄膜在可穿戴设备中的应用。

参考资料：

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.

运营/排版：何晨龙

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