在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：21988102、21725401、21774004）等的資助下，北京航空航天大學(xué)劉明杰研究團(tuán)隊(duì)提出了一種在不混溶的水凝膠/油界面處利用剪切流誘導(dǎo)的二維納米片排列來生產(chǎn)具有高度有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的新策略。研究成果以“剪切流誘導(dǎo)的二維納米片排列構(gòu)筑層狀納米復(fù)合材料（Layered nanocomposites by shear-flow-induced alignment of nanosheets）”為題，于2020年4月8日發(fā)表在《自然》（Nature）上，文章鏈接https://www.nature.com/articles/s41586-020-2161-8。
牙齒、骨頭、貝殼等生物材料都具有較好的力學(xué)性能，包括強(qiáng)度、韌性和模量。仿生學(xué)研究表明，生物材料的超高力學(xué)性能主要?dú)w因于具有延展性的有機(jī)基質(zhì)與其中的無機(jī)納米材料形成的多級(jí)次有序結(jié)構(gòu)。尤其是具有二維層狀結(jié)構(gòu)的納米片，其精準(zhǔn)的微觀結(jié)構(gòu)為生物材料的力學(xué)性能起到至關(guān)重要的作用。受生物材料啟發(fā)，研究人員開發(fā)了一系列組裝方法，來構(gòu)筑這種仿生納米復(fù)合材料，比較常見的策略有逐層組裝法、澆鑄法、真空過濾法以及磁場(chǎng)輔助法等。雖然取得了較大進(jìn)展，但在該領(lǐng)域還存在一個(gè)關(guān)鍵問題懸而未決，即這些具有超高力學(xué)性能的層狀納米復(fù)合材料如何實(shí)現(xiàn)普適性的、經(jīng)濟(jì)可行的規(guī)?；a(chǎn)這一問題，始終制約著高性能層狀納米復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用。
液滴可以在油/水/凝膠體系中的可混溶凝膠表面上迅速而完全地鋪展，這種現(xiàn)象被稱為超鋪展現(xiàn)象。該團(tuán)隊(duì)提出了一種在不混溶的水凝膠/油界面處利用剪切流誘導(dǎo)的二維納米片排列來生產(chǎn)具有高度有序的層狀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的策略，基于此發(fā)展了一種高性能層狀納米復(fù)合材料的連續(xù)可擴(kuò)展的普適性制備方法，并制備了性能優(yōu)異的氧化石墨烯和粘土納米片的納米復(fù)合材料。定量分析表明，排列良好的納米片形成了關(guān)鍵的中間相，這是實(shí)現(xiàn)高力學(xué)性能的關(guān)鍵。此外，該策略可實(shí)現(xiàn)大面積納米復(fù)合薄膜連續(xù)制備工藝。
該項(xiàng)研究為高性能層狀復(fù)合材料的規(guī)?；者m性生產(chǎn)提供了全新思路，極大地推動(dòng)了二維材料和納米復(fù)合材料的實(shí)用化進(jìn)程。
摘自國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)官網(wǎng)。
