整体式沸石咪唑酯骨架的力学性质与纳米结构：纳米压痕、纳米光谱与有限元研究

以整体式（monolithic）形貌合成金属有机骨架（MOFs）是实现此类材料从学术界向工业应用过渡的一种有前景的途径。溶胶-凝胶法已被广泛用于制备 MOF 整体材料。与其他技术（如机械致密化）相比，它相对廉价且简单，而且可制备“纯”整体材料，即无需使用可能影响 MOF 功能性质的粘结剂或模板。理解这些整体材料的力学性质对其走向实际应用至关重要。我们通过仪器化纳米压痕和原子力显微镜（AFM）研究了两种沸石咪唑酯骨架（ZIF-8 和 ZIF-71）的力学行为。针尖力显微镜（TFM，AFM 的一种扩展）被用于揭示整体材料的表面纳米结构。我们结合实验进行了有限元（FE）模拟，以建立合适的本构模型并确定 ZIF 整体材料屈服应力的改进估计。随后使用 NanoFTIR 来精确定位接触区域内骨架的局部结构改变。TFM、FE 模拟与 nanoFTIR 的结合使我们得以识别整体式 ZIF 材料中的力学变形机制：晶界滑移在低应力下占主导，随后发生化学键断裂与骨架的局部失效，最终在接触区导致多孔骨架致密化。最后，我们使用立方角压头测量断裂韧性，以研究整体材料抗开裂失效的能力。