材料科学：単結晶二次元共有結合性有機構造体の弾性膜

多結晶材料の特性は欠陥に支配されることが多く、二次元（2D）結晶は、線欠陥によって分断されたり破壊されたりすることすらある。しかし、2D結晶は膜に加工する必要があることが多く、こうした膜は必然的に多結晶であり多数の粒界を含んでいるため、脆くて壊れやすく、フレキシブルエレクトロニクスやオプトエレクトロニクス、分離への応用が阻まれている。さらに、ガラスや木材、プラスチックと同様、そうした材料には機械的強度と靭性のトレードオフ効果といった問題がある。今回我々は、脂肪族ビアミンを犠牲架橋剤（sacrificial go-between）として用いて水面上で織り合わさった粒界で接続された単結晶ドメインから構成される、2D共有結合性有機構造体（COF）という、新しいタイプの2D結晶の高強度、高靭性かつ高弾性の膜を作製する方法を報告する。2種類の2D COF膜が実証され、それぞれ56.7 ± 7.4 GPaと73.4 ± 11.6 GPaのヤング率と、82.2 ± 9.1 N m⁻¹と29.5 ± 7.2 N m⁻¹の破壊強度が示された。我々は、今回の犠牲架橋剤によって誘導される合成方法と、織り合わさった粒界が、さまざまな多結晶材料の粒界エンジニアリングに着想を与え、そうした材料に新しい特性をもたらすとともに、現在の応用を強化し、新しい応用への道を開くと予測する。

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