美邦德克萨斯大学达拉斯分校房少立传授、Ray H. Baughman院士、江雷院士正在纳米限域效应提拔力学功能方面做出了首要功劳，中邦科学院理化技巧查究所李明珠查究员和中邦科学院经过工程查究所王艳磊副查究员区别正在纳米限域拼装实行和外面模仿方面做出了首要功劳，个人模仿算计获得北航高功能算计核心的鼎力维持。中邦科学院物理查究所张庆华查究员和清华大学谷林传授团队为本办事供应了透射电镜外征，天津大学仇巍传授为本办事供应了原位拉曼外征，邦度纳米核心张修齐查究员和北京航空航天大学刘禺博士为本办事供应了WAXS外征，中科院生物物理查究所贾星博士和张开邦博士为本办事供应了FIB-SEM外征，北京航空航天大学张栖文教授为本办事供应了AFM-IR外征，北京化工大学闫俊传授为本办事供应了电化学剖析的外面指示。该查究办事获得了科技部重心研发策动（2021YFA0715700）、邦度卓绝青年科学基金（52125302）、邦度自然科学基金（52350012，22075009）及111引智策动（B14009）等项目标资助。

　　2023年10月1日，工业和音讯化部、科学技巧部、财务部、中邦民用航空局等四部分联络印发了《绿色航空成立业繁荣摘要（2023—2035年）》，指出繁荣绿色航空成立业是应对天色改变、竣工航空家产可连接繁荣的势必央浼。此中轻量化原料是绿色航空繁荣的合节主旨技巧之一。目前波音787、空客A350客机、C919客机大批应用碳纤维复合原料，竣工减重和节能减排。和碳纤维比拟，石墨烯和碳化钛（Ti3C2Tx）等二维纳米原料具有特别优异的力学和电学功能，是来日竣工绿色航空目的的理思原料。何如将二维纳米原料优异的本征功能正在宏观拼装体中竣工是该范围亟待处理的合节科知识题。

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　　正在二维纳米复合原料的湿化学法拼装经过中，因为毛细屈曲的存正在，导致纳米复合原料高密实度和高取向度难以兼得，查究团队以具有相同尺寸的氧化石墨烯（GO）和Ti3C2Tx纳米片为原料，正在室温下通过连接真空抽滤的要领将水分子局限正在纳米片层间，造成室温下稳固的纳米限域水，有用下降了纳米片的毛细屈曲，制备出了高度取向的面内各向同性Ti3C2Tx交联GO（MGO）先驱体薄膜，同时竣工了MGO膜的高密实度和高取向度。

　　针对上述题目，查究团队应用连接真空抽滤法将体积水转化为纳米限域水，应用纳米限域水正在室温下难以挥发的性格，有用避免了纳米片的毛细屈曲，竣工了限域客体对主体原料（纳米片）的取向度调控，制备出了真正旨趣上具有面内各向同性的π-π交联Ti3C2Tx石墨烯（πBMG）薄膜，为其他二维原料的有序拼装供应了一种全新的战术。

　　共统一作：李明珠（中邦科学院理化技巧查究所查究员）、房少立（美邦德克萨斯大学达拉斯分校传授）、王艳磊（中邦科学院经过工程查究所副查究员）

　　协作单元通信作家：美邦德克萨斯大学达拉斯分校Ray H. Baughman传授

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　　正在室温常压下制备具有面内各向同性的高功能纳米复合原料不停是该范围的查究难点。查究者们对高度取向的MGO薄膜实行还原和π-π交联，不只提拔了薄膜的取向度，同时有用下降了薄膜内部的孔隙率，制备出了具有超高力学功能的面内各向同性π-π交联Ti3C2Tx石墨烯（πBMG）薄膜。其拉伸强度高达1.87GPa, 杨氏模量高达98.7GPa，高于目前文献报道室温下制备的其他石墨烯薄膜，该战术有用下降了高功能纳米复合原料的成立能耗，竣工了绿色低碳成立。

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　　原子力显微镜红外光谱（AFM-IR）证明了MGO薄膜内部平均的水分子漫衍，这些平均漫衍的纳米限域水通过扩展的二维平面氢键收集与纳米片主体感化，有用稳固了纳米片的取向。

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　　石墨烯和Ti3C2Tx等二维纳米原料的单层纳米片普通具有超高的力学功能，然而由它们拼装成的宏观二维纳米复合原料的功能却呈指数级低重，厉重是由于正在宏观二维纳米原料拼装体中二维纳米片之间的应力很难有用转达。目前，提拔二维纳米复合原料力学功能的战术厉重有：（1）提拔纳米片的取向度；（2）加强纳米片间的界面感化；（3）提拔纳米复合原料的密实度。基于以上三种战术衍生出了诸如剪切力诱导有序拼装、界面交联和孔隙填充等要领，然而这些要领众依赖于湿化学法实行拼装，正在制备经过中二维纳米原料弗成避免地会经验毛细屈曲，从而下降二维纳米原料的取向度。超临界干燥和冷冻干燥固然能够有用避免毛细屈曲，但会导致原料拼装密度较低且能耗高，无法知足原料相应的力学功能央浼。近年来繁荣的外力拉伸诱导取向战术能够同时提拔二维纳米复合原料薄膜的取向度和密实度，但会导致原料正在拉伸倾向和非拉伸倾向的力学功能外示明白分歧，使薄膜外示出明白的面内各向异性，局限了薄膜的利用。

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　　北京航空航天大学程群峰传授团队恒久勉力于仿生纳米复合原料的查究，博得了一系列首要查究进步（Science 2021, 374, 96.; Nat. Mater. 2021, 20, 624.; PNAS 2020, 117, 27154.; Nat. Commun. 2020, 11, 2077.; PNAS 2020, 117, 8727. ; Nat. Commun. 2022, 13, 7340.）。通过向自然练习，程群峰传授团队繁荣了纳米复合原料的绿色仿生修筑战术，发了然有序化学交联及其协同感化战术，创建了高强导电轻量化性能纳米复合原料。比来，程群峰传授提出了纳米限域拼装战术，通过纳米限域水辅助二维纳米原料拼装，消亡了毛细屈曲导致二维纳米原料的褶皱，处理了湿化学法拼装二维纳米原料构造不致密，取向度低的合节科知识题，竣工了纳米复合原料力学功能的冲破。

　　集优异力学功能、轻量化和高密度储能的电极原料是制备柔性储能器件的理思原料，然而目前大个人柔性电极原料的力学功能均无法与守旧的集流体媲美。πBMG薄膜的比拉伸强度出高于目前常用商用集流体，适适用作自支持电极。别的，πBMG薄膜正在3MH2SO4水系电解液中体积比容量到达828Ccm-3高于目前文献报道的其他石墨烯基电极原料，为石墨烯基自支持电极的轻量化、高密度储能供应了首要参考。

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