北航最新Nature: 高性能层状纳米复合材料

【引言】

诸如骨、牙以及肌肉等组织都是兼具强度和韧性的生物材料。这些优异的性能大都归因于无机纳米纤维在有机基质中能够呈现出精妙的层状微观结构。受此生物结构启发，包括层层组装、真空过滤等策略已经被用于发展层状纳米复合材料。然而，如何将超强层状纳米复合材料通过简单易行的方法进行量产化制备依然是亟待解决的问题。

【成果简介】

北京航空航天大学的刘明杰（通讯作者）等人报道了一种在水凝胶/油界面利用剪切-流变诱导排列二维纳米片生产高度有序层状结构的方法。利用这一策略可制备基于氧化石墨烯和粘土纳米片的纳米复合材料，其抗张强度（tensile strength）和杨氏系数（Young’s modulus）分别可以达到1215 ± 80MPa和198.8 ± 6.5GPa。特别是基于粘土纳米片的纳米复合材料，还展现出高达36.7 ± 3.0兆焦耳每立方米的韧性强度，这一强度数值比天然珍珠高20.4倍。定量分析还发现，排列有序的纳米片能够形成界面相，最终导致纳米复合材料展现出优异的力学强度。研究认为这一材料制备策略可以成为组装二维纳米纤维的通用方法，有利于高性能复合材料的发展。2020年04月08日，相关成果以题为“Layered nanocomposites by shear-flow-induced alignment of nanosheets”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 层状纳米复合材料的制备和机理

图2 层状纳米复合薄膜的均一性和连续性控制

图3 层状纳米复合薄膜的结构表征

图4层状纳米复合薄膜的材料表征

文献链接：Layered nanocomposites by shear-flow-induced alignment of nanosheets（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2161-8）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。