近年来,电化学系统,尤其是液体流动的电合成装置,面临材料选择的难题。系统需要既稳定又能适应恶劣反应环境的隔膜材料,通常这类材料具有疏水性且电绝缘。然而,为了提高电化学反应的效率,这些材料又必须具备良好的离子传导能力和电子导电性,这导致了传统器件设计在稳定性、离子传导和电子接触之间的权衡。四川大学的研究团队近期发现,当常见的聚乙烯(PE)膜厚度达到"近临界超薄"区间(约10-100纳米)时,膜的厚度本身可以成为控制水和电子传输的关键因素。
通过独特的加工技术,研究团队成功制备了仅60纳米厚的超薄多孔PE膜,并对其性能进行了详细评估。在水的跨膜传输方面,随着膜厚度降至60纳米,水通量从零迅速上升至超过10⁴ L m⁻² h⁻¹,而液体进入压力则显著降低到约0.42巴。这种现象归因于"短毛细管"机制,表明当膜厚度缩至与毛细管曲率相当时,水得以顺利进入膜中。在电学特性方面,随着膜厚减小,其介电击穿电压也从约4.2 V降至0.3-0.4 V,表明膜的电阻显著下降,展现出优良的导电状态。同时,膜的疏水性保持不变,其静态水接触角略有增强,显示出膜具备独特的设计空间。
此外,超薄PE膜的几何形态不仅改变了传输特性,也优化了其与功能性纳米材料的界面耦合。研究表明,当与银纳米线(AgNWs)复合时,超薄膜可与导电填料形成紧密接触。值得注意的是,随着膜厚减小,其弯曲刚度显著降低,展现出了超柔顺的特性,能够更好地包覆导电材料,增加真实接触面积。同时,膜与探针之间的粘附力及有效表面能也显著增强。 球友会
上述发现表明膜厚度不仅是几何参数,而是关键的调控因素。通过调整膜的厚度,可以实现不同的物理特性,这为新一代功能材料的设计提供了宝贵的参考。
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