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我国学者在纳米复合材料领域取得进展

2025/06/02

我国学者在纳米复合材料领域取得进展


图 液态金属顺序桥联诱导高性能碳化钛复合材料(封面文章)。

(A)结构示意图;(B)断面形貌;(C)三维重构图;(D)力学性能和电磁屏蔽性能对比

  

  在国家自然科学基金项目(批准号:52125302、52350012、22075009)等资助下,北京航空航天大学程群峰教授团队在纳米复合材料领域取得新进展,解决了纳米复合材料组装中因毛细收缩产生孔隙的难题,制备了迄今为止最高拉伸强度的MXene纳米复合薄膜材料,为其他二维纳米材料的宏观组装提供了新思路。相关研究成果以“液态金属顺序桥联诱导的超强碳化钛薄膜(Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal)”为题,于2024年7月5日以封面文章发表在《科学》(Science)上。论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257。

  工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局等四部门联合印发的《绿色航空制造业发展纲要(2023—2035年)》,指出发展绿色航空制造业是应对气候变化、实现航空产业可持续发展的必然要求。其中轻量化材料是绿色航空发展的关键核心技术之一。目前波音、空客、C919客机大量使用碳纤维复合材料,以实现减重和节能减排。与碳纤维相比,二维纳米材料(石墨烯、碳化钛等)具有更加优异的力学和电学性能,是未来实现绿色航空目标的理想材料。

  该研究团队提出了“液态金属交联致密化”新策略,通过易流动的液态金属填充孔隙,消除因毛细收缩导致二维纳米材料产生的孔隙缺陷,解决了湿化学法组装二维纳米材料结构不致密、取向度低的难题。与此同时,液态金属与纳米片形成Ga-O配位键,大幅提升了纳米片载荷传递能力,实现了迄今为止908.4 MPa的最高拉伸强度(图),高于目前报道的其他碳化钛薄膜,同时还具有优异的电磁屏蔽性能,实现了结构功能一体化。本工作提出的“液态金属交联致密化”新策略,为其他高性能纳米复合材料的创制提供了新思路。


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