Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material

共价键 材料科学 聚合物 单体 产量(工程) 聚合 涂层 缩聚物 模数 复合材料 纳米技术 化学工程 高分子科学 高分子化学 化学 有机化学 工程类
作者
Yuwen Zeng,Pavlo Gordiichuk,Takeo Ichihara,Ge Zhang,Emil Sandoz‐Rosado,Eric D. Wetzel,Jason S. Tresback,Jing Yang,Daichi Kozawa,Zhongyue Yang,Matthias Kuehne,Michelle Quien,Zhe Yuan,Xun Gong,Guangwei He,Daniel J. Lundberg,Pingwei Liu,Albert Tianxiang Liu,Jing Yang,Heather J. Kulik
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:602 (7895): 91-95 被引量:121
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04296-3
摘要

Polymers that extend covalently in two dimensions have attracted recent attention1,2 as a means of combining the mechanical strength and in-plane energy conduction of conventional two-dimensional (2D) materials3,4 with the low densities, synthetic processability and organic composition of their one-dimensional counterparts. Efforts so far have proven successful in forms that do not allow full realization of these properties, such as polymerization at flat interfaces5,6 or fixation of monomers in immobilized lattices7,8,9. Another frequently employed synthetic approach is to introduce microscopic reversibility, at the cost of bond stability, to achieve 2D crystals after extensive error correction10,11. Here we demonstrate a homogenous 2D irreversible polycondensation that results in a covalently bonded 2D polymeric material that is chemically stable and highly processable. Further processing yields highly oriented, free-standing films that have a 2D elastic modulus and yield strength of 12.7 ± 3.8 gigapascals and 488 ± 57 megapascals, respectively. This synthetic route provides opportunities for 2D materials in applications ranging from composite structures to barrier coating materials.
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