最新Science封面！时隔4月，北京航空航天大学「国家杰青」团队，再发Science！

iNature · 公众号 · · 2024-07-05 09:28

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将碳化钛(Ti ₃ C ₂ T _x ) MXene纳米片组装成宏观薄膜存在空洞、取向度低、界面相互作用弱等问题，从而降低了力学性能。

2024年7月5日，北京航空航天大学程群峰团队在 Science 在线发表题为“ Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal ”的封面文章，该研究 展示了一种超强宏观MXene薄膜，使用液态金属(LM)和细菌纤维素(BC)依次桥接MXene纳米片(LBM薄膜)，实现了908.4兆帕斯卡的拉伸强度。

采用重复循环的逐层涂覆方法，可将LBM膜的取向度提高到0.935，而具有良好变形能力的LM将空隙减少到5.4%的孔隙率。BC的氢键和与LM的配位键增强了界面相互作用，提高了应力传递效率。 顺序桥接为将其他二维纳米片组装成高性能材料提供了一条途径。

另外，2024年2月15日，北京航空航天大学程群峰、美国德克萨斯大学Ray H. Baughman共同通讯在 Science 在线发表题为“ Water-induced strong isotropic MXene-bridged graphene sheets for electrochemical energy storage ”的研究论文，该研究利用纳米限水诱导基底面排列和共价和π-π板间桥接，在室温下制备了Ti ₃ C ₂ T _x MXene桥接的石墨烯片，其各向同性面内抗拉强度为1.87 GPa，模量为98.7 GPa。面内室温电导率达到1423西门子/厘米，体积比容量达到828库仑/立方厘米。 这种纳米受限水诱导的排列可能为二维纳米片的其他排列宏观组装提供了重要的方法（点击阅读）。

碳化钛(Ti ₃ C ₂ T _x ) MXene纳米片具有优异的力学性能和导电性，在航空航天和电子器件等领域具有广阔的应用前景。 然而，将MXene纳米片组装成宏观薄膜用于实际应用是困难的。有许多报道的装配方法，如真空过滤，叶片涂层和空间受限蒸发法。例如，真空过滤制备的MXene薄膜的取向度较低，仅为0.64，抗拉强度仅为41 MPa。 采用叶片涂层制备了取向MXene薄膜，取向度为0.75，抗拉强度可达570 MPa。

Science 封面：通过注入液态金属和细菌纤维素，有效地减少了碳化钛MXene薄膜之间的空隙。叶片涂层的循环使MXene片(红色)通过配位键粘附在液态金属(银色)上，通过氢键粘附在纤维素上。这提高了压实、排列的MXene片材之间的应力传递效率，从而获得高性能薄膜（图源自 Science ）

采用空间限制蒸发法将MXene纳米片的取向度进一步提高到0.99，得到的MXene薄膜的拉伸强度为707 MPa。 空隙和界面相互作用也是提高MXene薄膜应力传递效率的重要因素。例如，通过氢键和共价键的顺序桥接，MXene薄膜的孔隙率从15.4%降低到5.35%，拉伸强度达到583 MPa。通过依次桥接离子和共价键组装大小的MXene薄片，进一步减少了空隙。MXene薄膜的孔隙率低至4.11%，抗拉强度高达739 MPa。 然而，所得MXene薄膜的抗拉强度远低于本征单层MXene，其抗拉强度为17.3 GPa。

LBM薄膜的制备原理及表征（图源自 Science ）

该研究展示了一种超强宏观MXene薄膜，使用液态金属(LM)和细菌纤维素(BC)依次桥接MXene纳米片(LBM薄膜)，实现了908.4兆帕斯卡的拉伸强度。 采用重复循环的逐层涂覆方法，可将LBM膜的取向度提高到0.935，而具有良好变形能力的LM将空隙减少到5.4%的孔隙率。BC的氢键和与LM的配位键增强了界面相互作用，提高了应力传递效率。 顺序桥接为将其他二维纳米片组装成高性能材料提供了一条途径。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257

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