北航最新Nature: 高性能層狀納米復合材料

nanoCJ 3年前 (2020-04-09) 6266瀏覽

【引言】

諸如骨、牙以及肌肉等組織都是兼具強度和韌性的生物材料。這些優異的性能大都歸因于無機納米纖維在有機基質中能夠呈現出精妙的層狀微觀結構。受此生物結構啟發，包括層層組裝、真空過濾等策略已經被用于發展層狀納米復合材料。然而，如何將超強層狀納米復合材料通過簡單易行的方法進行量產化制備依然是亟待解決的問題。

【成果簡介】

北京航空航天大學的劉明杰（通訊作者）等人報道了一種在水凝膠/油界面利用剪切-流變誘導排列二維納米片生產高度有序層狀結構的方法。利用這一策略可制備基于氧化石墨烯和粘土納米片的納米復合材料，其抗張強度（tensile strength）和楊氏系數（Young’s modulus）分別可以達到1215 ± 80MPa和198.8 ± 6.5GPa。特別是基于粘土納米片的納米復合材料，還展現出高達36.7 ± 3.0兆焦耳每立方米的韌性強度，這一強度數值比天然珍珠高20.4倍。定量分析還發現，排列有序的納米片能夠形成界面相，最終導致納米復合材料展現出優異的力學強度。研究認為這一材料制備策略可以成為組裝二維納米纖維的通用方法，有利于高性能復合材料的發展。2020年04月08日，相關成果以題為“Layered nanocomposites by shear-flow-induced alignment of nanosheets”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 層狀納米復合材料的制備和機理