超强层状纳米复合材料的增强新机制和大面积制备技术
Layered Nanocomposites by Shear-flow-induced Alignment of Nano sheets生物材料，例如骨骼，牙齿，贝壳等，其内部的高度有序结构及其连接的有机物基底共同作用，使这些材料表现出优异的强度、模量及断裂韧性。这样的性质通常归因于无机成分增强了纳米纤维的层状微观结构，尤其是具有韧性有机基质的二维(2D)纳米片。在这些生物结构的启发下，包括逐层组装法，浇铸法，真空过滤和磁场辅助在内的合成策略已用于开发层状纳米复合材料。如何以一种普遍、可行和可扩展的方式生产超强层状纳米复合材料仍然是一个悬而未决的问题。鉴于此，文中提出了一种在不相容水凝胶/油界面上利用剪切力诱导的二维纳米片排列来生产具有高度有序的层状结构的纳米复合材料策略。研究结果发现，基于氧化石墨烯和粘土纳米片的纳米复合材料显示出高达1215±80MPa的拉伸强度，且杨氏模量为198.8±6.5GPa，这分别是天然珍珠的9.0倍和2.8倍。当使用粘土纳米片时，所得的纳米复合材料的韧性可以达到36.7±3.0 MJ/m2，这是天然珍珠的20.4倍。与此同时，抗拉强度为1195±60MPa。通过定量分析表明，排列良好的纳米片形成了关键的界面相，从而导致纳米复合材料展现出优异的机械性能。同时，这样的策略可以很容易地扩展各种二维纳米填料，应用于各种结构复合材料的制备，进而促进高性能复合材料的发展。
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Zhao C, Zhang P, Zhou J, et al., Nature, 2020, 580(7802): 210-215.
本文来源：中国微米纳米技术学会《新科技快讯》2020年第2期，点击“阅读原文”，查看更多最新科技信息。