背景介绍
二维纳米片组装宏观薄膜过程中，溶剂蒸发易引发片层褶皱、孔隙等结构缺陷，大幅削弱薄膜本征的力学、导热与导电性能。现有调控手段如物理改性、化学修饰、外加助剂等，存在易产生微裂纹、合成工艺复杂、牺牲材料本征性能等问题，且无法从根源解决溶剂挥发带来的界面无序问题。高导热、高取向、致密化二维材料薄膜是柔性电子、器件热管理领域的核心需求，因此亟需开发一种普适、高效、可规模化的新方法，实现二维纳米片的高度取向与致密组装。
研究成果
近日，华东师范大学 毕恒昌研究员、吴幸教授团队受衣物熨烫原理启发，提出通用型加湿 – 熨烫改性策略，利用可控水化使二维纳米片层界面实现塑化，结合热力耦合场推动片层滑移、消除褶皱并固定结构，成功制备出高度取向、致密的二维纳米片组装薄膜。团队以氧化石墨烯（GO）为模型体系完成工艺优化，确定最优工艺条件：环境相对湿度 100%、温度 25℃，薄膜含水率控制为 30 wt%，熨烫压力 6 kPa、温度 69 ℃、运行速度 1 mm・s⁻¹。
加湿处理后水分子嵌入片层间起到分子增塑与润滑作用，GO 片层层间剪切应力由 0.69 GPa 降至 0.1 GPa，片层滑移阻力显著降低；经加湿 – 熨烫处理后，氧化石墨烯薄膜（HI-GO）表面粗糙度由 2.85 µm 降至 0.23 µm，降幅达 12 倍，赫尔曼取向因子从 0.37 提升至 0.89，体密度由 0.87 g・cm⁻³ 提升至 1.73 g・cm⁻³，实现片层长程有序堆叠。将 HI-GO 经化学还原得到还原氧化石墨烯薄膜（HI-rGO）后，综合性能大幅提升：力学性能上，拉伸强度提升近一倍，达到 135.3 MPa；导电性能优异，电导率可达 224.3 S・cm⁻¹；导热性能尤为突出，面内热导率高达 814 W/(m·K)，较未处理样品提升 86%。
该策略具备极强通用性，可直接拓展至二硫化钼（MoS₂）、MXene、蛭石（VMT）三类典型二维材料体系。经相同工艺处理后，三类薄膜表面粗糙度均大幅下降，体密度与取向度显著提升，所有改性薄膜赫尔曼取向因子均超过 0.80，证明该方法不受二维材料种类限制，普适性优异。
在实际热管理应用测试中，将 HI-rGO 薄膜作为散热膜应用于智能手机，设备满负荷运行后芯片峰值温度降低 5.3 ℃，有效抑制处理器降频、热节流现象。同时该薄膜具备优异稳定性：5 mm 弯曲半径下循环弯折 5000 次后，热导率仍保留 95% 以上；90% 高湿度环境老化 72 h 后，导热性能几乎无衰减，热稳定温度可达 300 ℃，且可适配 PET、PI、PP 等多种柔性基底。
整套加湿 – 熨烫工艺为纯物理改性，条件温和、流程简单、易于规模化，攻克了传统湿法组装二维薄膜褶皱多、孔隙大、取向差、性能折损严重等难题，为高性能二维纳米片宏观组装体制备、柔性电子器件与高端装备热管理系统研发提供了全新技术路线，相关成果以《A Generic Humidification‐Ironing Strategy for Highly Aligned 2D Nanosheet Assemblies》为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。
图1. 溶剂蒸发致褶皱及加湿 – 熨烫结构重构机理示意图。(a) GO 分散液干燥过程原位光学观测与褶皱形成原理；(b) 衣物加湿熨烫去褶皱原理类比；(c) 二维纳米片薄膜加湿 – 熨烫完整工艺流程与结构演变。
来源：Advanced Functional Materials
链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76429
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