研究进展 | 北航：二维纳米片-高拉伸复合薄膜，Nature Protocols

高性能仿生复合材料，需要精确排列合成纳米片，用以模仿自然界中高度有序层状微结构的力学性能。

近日，北京航空航天大学李景Jing Li & 刘明杰Mingjie Liu团队等在Nature Protocols上发文，报道了一种纳米片超铺展排列策略，用于制备纳米复合薄膜。

利用两种不混溶相界面处的剪切流力，诱导二维纳米片产生长程、高度有序的排列，从而增强薄膜的力学性能。排列完成后，通过原位界面结晶或交联有效锁定取向构型（所得取向有序参数 > 0.85）。随后的溶剂去润湿步骤，可实现大面积连续成膜材料，同时保持良好的微观结构完整性。

该制备方法，克服了传统排列方法中常见的取向错误和团聚问题，并且可通过多喷嘴挤出装置进行放大生产，该装置与商用加热和薄膜收集组件兼容。

具体操作流程，包括纳米片前驱体制备、连续薄膜制造及其微观结构表征，整个过程需时不超过 23 天。该流程适用于多种纳米片材料，包括氧化石墨烯、MXenes、过渡金属二硫属化物和层状黏土，所制得的复合薄膜表现出增强的力学强度、韧性和多功能性。基于氧化石墨烯和黏土纳米片的纳米复合材料，拉伸强度可达 1215 ± 80 MPa（平均值 ± 标准差），杨氏模量为 198.8 ± 6.5 GPa；而基于黏土的纳米复合薄膜韧性可达 36.7 ± 3.0 MJ m⁻³。

这种超铺展排列技术，有望成为一种通用且稳健的方法，并用于材料科学领域，规模化制备高性能复合材料。

Shear-flow-induced assembly of 2D nanosheets for the fabrication of composite films with high tensile strength.
剪切流诱导的二维纳米片组装，用于制备高拉伸强度复合薄膜。

图1 超铺展过程中，剪切流诱导二维纳米片取向

图2 两条超铺展驱动的高取向复合薄膜制备路线

图3 超铺展后，保持二维纳米片取向的两种原位锁定机制

图4 多喷嘴连续制膜时，相邻超铺展液层的并合

图5 大面积纳米复合薄膜的连续制备

图6 整个实验流程的时间安排

图7 GO/CA复合薄膜的取向结构表征

图8，PVDF-VSe₂复合膜的结构和结晶表征

文献链接

Zhang, C., Yan, Z., Li, J. et al. Shear-flow-induced assembly of 2D nanosheets for the fabrication of composite films with high tensile strength. Nat Protoc (2026). https://doi.org/10.1038/s41596-026-01442-x

本文译自Nature。