具有塑性弯曲的配位聚合物

配位聚合物是由金属结点与配体通过配位键连接而成的晶态材料。由于配位键的键能较高、方向性强等特性，配位聚合物晶体往往表现出脆性强、易断裂等劣势，限制了其在柔性电子、可穿戴器件等领域的进一步应用。近日，南开大学的卜显和院士和李伟教授报道了一例具有塑性弯曲的半导体配位聚合物晶体，并阐释了其塑性弯曲的结构起源。

近年来，一些有机分子晶体的机械响应柔性引起了学者越来越多的关注。基于这些有机分子晶体的柔性，柔性光波导、柔性铁电体等正在成为相关领域的研究热点。然而，由于配位聚合物中较强的配位键的存在，实现这一机械响应柔性面临巨大的挑战。

晶体塑性弯曲测试。视频来源于作者

基于此，本文作者报道了一例具有塑性弯曲的配位聚合物晶体，并通过同步辐射实验和理论计算等手段进一步阐明了内在机理，为扩展配位聚合物晶体的机械柔性提供了参考。在本工作中，研究人员发现晶体结构中的两种弱作用力可以改变配位键所带来的结构刚性，进而能够显著增强晶体的柔性变形能力。这两种弱作用力可以在外界刺激（温度、压力）下，发生自适应变化从而保持晶体的完整性。这种强弱相互垂直的作用力分布形式有利于晶体在外力作用下产生滑移。

图1. 晶体结构及形貌表征。图片来源：Nat. Commun.

通过微焦斑同步辐射实验和理论计算等手段，发现弯曲部分丧失了部分晶体的长程有序性，在塑性弯曲的过程中两种弱作用力发生了自适应变化。基于实验及理论计算结果，该工作提出了“分层化”弯曲模型。在弯曲过程中，弯曲部分通过这两种弱作用力的重组有效分解了作用在晶体上的应力，避免了在弯曲处的应力集中，进而导致晶体的分层化以及最终的塑性弯曲。除此之外，该工作还测试了晶体在不同弯曲角度下的导电性，其电导率随弯曲角度并未发生显著恶化。

图2. 晶体弯曲过程中的“分层化”模型。图片来源：Nat. Commun.

总之，该研究阐明了配位聚合物塑性弯曲的结构起源，为进一步开发和扩展机械柔性配位聚合物提供了借鉴，证明了配位聚合物在柔性电子器件等新兴领域具有应用潜力。

该研究成果近期发表于Nature Communications。南开大学的卜显和院士、李伟教授以及南洋理工大学的U. Ramamurty教授为论文的共同通讯作者。南开大学博士研究生安连财为论文的第一作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Plastic bending in a semiconducting coordination polymer crystal enabled by delamination

Lian-Cai An, Xiang Li, Zhi-Gang Li, Qite Li, Patrick J. Beldon, Fei-Fei Gao, Zi-Ying Li, Shengli Zhu, Lu Di, Sanchuan Zhao, Jian Zhu, Davide Comboni, Ilya Kupenko, Wei Li, U. Ramamurty & Xian-He Bu

Nat. Commun., 2022, 13, 6645, DOI: 10.1038/s41467-022-34351-0

导师介绍

卜显和

https://www.x-mol.com/university/faculty/11803