最近，四川大学傅强解说团队从食物工业中得回启发——参考学习“铺盖面”的制作经过，建议了一整套翻新的塑料薄膜加工工夫。该工夫不错将聚乙烯拉伸加工至它的极限厚度隔壁，即12nm傍边，并保合手平时米级别的面积，同期还具有高度的自相沿性能和可不雅的力学强度。这是当今已报谈最薄的塑料材料方法，标记着高分子加工学在临界表率内的一个紧迫进展。联系照看效果以“通过多步拉伸工夫边界化分娩聚乙烯极薄膜（Scalable production of critically thin polyethylene films via multistep stretching）”为题kaiyun.com，于近期发表于《当然•化学工程》（Nature Chemical Engineering）杂志上。
受食物工业的启发，团队参考“重庆荣昌铺盖面”（系数面皮既大又薄且滋味鲜好意思的重庆特色好意思食汤面）制作经过中接收的“轮流拉伸和唐突”的智商，开垦出一种小幅度多步间歇拉伸加工工夫（SAMIS），将拉伸薄膜的厚度推向极限，制备出厚度接近表面极限（12 nm）的塑料薄膜，这是当今为止报谈的世界上最薄的塑料薄膜。聚乙烯极薄膜展现出一系列异于宏不雅景色下的新物感性质，如高机械强度（113.9 GPa/(g/cm 3 )）、非常的界面秉性和接近1千万倍的长厚比。该照看为高性能极薄塑料薄膜的制备提供了表面基础和新智商，并在核聚变燃烧支合手和薄型透气表皮传感器等前沿边界具有潜在哄骗价值。
图1. 为拉伸加工出临界薄度的高分子膜材料，需要全链条式的全体翻新
本使命规划了一种新的加工计谋，在塑料拉伸经过中进行屡次休止唐突，以罢了超薄。通过在拉伸经过中对团聚物链的纠缠和周期性唐突进行计谋性调控，团队到手地制造出了厚度接近表面极限（12 nm）的聚乙烯薄膜。材料在趋近其基本构造单位尺寸时，会自大出一系列异于其宏不雅方法的专有物感性质。基于上述制备出的极薄聚乙烯隔阂，也有访佛的表象，举例具有极高的比模量 (113.9 GPa/(g/cm3)，以及一系列其他专有的物理秉性，包括非常的界面看成（透水聚乙烯）和自贴敷性等。本照看不仅具有很高的学术照看价值，还可切实哄骗于多个边界，如超薄透气表皮传感器支合手材料。此外，照看团队的加工经过坚合手使用准工业级加工开垦，即使是12nm的临界薄膜也条目大面积边界制备，这是后续工业哄骗的保险。
聚乙烯的临界薄度由单晶厚度（10-30nm）和薄膜梗阻的临界厚度（约6nm）所界定的。这与当今商用聚乙烯薄膜因加工截止最薄仅能达到3-5um的事实酿成赫然对比。在本照看中，照看团队到手地接近了聚乙烯的表面极限，通过宏不雅拉张开垦罢了了接近10nm的厚度。这一打破有望填补该稀缺区的空缺。况兼相通的塑料薄膜必须在超薄和大面积之间进行采选：一方面，商用塑料薄膜的厚度一般是无法打破1um阈值的（如图2g所示）；另一方面，实验室开垦的大大批超薄膜（如图2h所示）的面积鲜有当先1cm2，少数大略隐敝的最大面积也仅在100cm2傍边。
图2. 聚乙烯极薄膜加工工艺；极薄膜外不雅、厚度与微不雅结构表征；极薄膜与市面和其他实验室已报谈薄膜材料在厚度和面积上的对比
图3. 聚乙烯极薄膜的加工窗口表面——为了罢了极限的拉伸取向：加工窗口、“FQ等粘线”偏执物意会释
图4. 聚乙烯极薄膜的加工经过程序——小幅多步间歇式拉伸加工工夫
当被薄化到极限时，聚乙烯展现出一系列专有的性质，与传统聚乙烯薄膜有权贵不同。起原，其界面看成相配特别。如图5a所示，尽管聚乙烯极薄膜施展出疏水性和非极性，但书写在其上的墨水大略穿透薄膜流入下方的水浴中。这一表象卓绝了传统聚乙烯的局限性，为膜分辩等新哄骗提供了可能性。另一个权贵秉性是其超卓的机械强度，举例承载当先自己分量55,000倍的分量，性能远超当今报谈的其他材料，以至比好意思高性能气凝胶。
在现实哄骗中，这一秉性至关紧迫，因为高分子超薄膜不仅需要具备自相沿才能，还要大略承受富足的外力。聚乙烯极薄膜的高机械强度，使其大略在完竣自相沿景色下进活动直拉伸测试（图5d插图所示）。比拟之下，传统超薄膜由于样品尺寸和强度的截止，一般只可通过压痕法等进行非自相沿景色测试。测试得出的拉伸强度（1.7 GPa），以至远高于不锈钢（0.6 GPa）。比拟于薄膜（<10 µm）和超薄膜（<1 µm）厚度减小时拉伸模量的细小擢升，极薄膜的模量施展出完竣不同的趋势（图5e）。一部分原因然而能由于其厚度低于团聚物的反转半径（Rg），薄膜变薄时刚性权贵增强，这访佛于极薄塑料中要道的橡胶硬化效应。这种表象归因于在反转表率内的体积扼杀效应，有助于减少链缠结并增强链取向。此外，聚乙烯极薄膜是当今超薄膜中贫寒的多孔膜，况兼展示超高的比拉伸模量（113.9 GPa/(g/cm³)，不锈钢为25.2 GPa/(g/cm³)）以及接近10^8的极高长径比，这些性质在超薄膜中是相配冷漠却紧迫的。
图5. 聚乙烯极薄膜的新物感性质偏执新哄骗场景
这项照看为高性能极薄塑料薄膜的制备提供了表面基础和新智商。该照看的到手成绩于国度当然科学基金等项指标资助，以及先进高分子材料天下要点实验室予以的永久隆重支合手。论文于近期发表在Nature Chemical Engineering上，通信作家为四川大学高分子科学与工程学院傅强解说，特聘副照看员李润莱以及博士照看生王梓睿共同担任了该论文的第一作家，新加坡科学院院士、新加坡国立大学罗健平解说等也为本照看提供了紧迫的支合手。傅强解说为该项照看的孤独通信作家。
来源：四川大学
论文斡旋
https://doi.org/10.1038/s44286-024-00139-wkaiyun.com
塑料厚度薄膜聚乙烯傅强发布于：广东省声明：该文不雅点仅代表作家本东谈主，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间干事。