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新方法实现近室温制备范德华块体材料

文章来源：中国科学报更新时间：2024-03-22 14:40:44

本报讯（记者刁雯蕙）清华大学深圳国际研究生院与中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院金属研究所、深圳理工大学（筹）合作，通过将六方氮化硼剥离为二维氮化硼纳米片，再对纳米片进行加压密实化组装，实现在近室温条件下（室温至60摄氏度）“自下而上”地制备氮化硼块体材料。该方法将制备该类材料的能耗降低了至少一个数量级。相关研究成果近日发表于《自然-材料》。

范德华块体材料，如六方氮化硼和石墨，在导热和高温结构材料等领域有重要应用。然而这类范德华块体材料通常需要在高于1000摄氏度的高温下烧结制备，能耗巨大。

范德华材料的构筑单元之间主要以范德华力结合。团队猜测，只要构筑单元之间存在纳米及亚纳米尺度接触，就可以激活范德华作用，实现无须高温烧结的范德华块体材料的制备。

为了验证这一想法，团队在近室温条件下压制了石墨烯、六方氮化硼、金属硫化物等二维纳米片，制备出一系列高密实化、高机械强度、纳米片高度定向组装的范德华块体材料。受益于温和的制备工艺，该方法可用于大规模、快速制备范德华块体材料，并应用于范德华块体材料的修复、表面压印等传统烧结法难以实现的领域。

此外，该研究揭示了纳米片表面吸附水分子的诱导作用是近室温组装范德华块体材料的关键机制。在组装过程初期，水作为润滑剂，可减少纳米片滑移和定向排列过程中的摩擦力，促进密实化堆垛和高定向排列，这一过程同时将水分子限制于二维纳米片形成的限域空间内，导致水分子脱附并快速逃逸出材料，其产生的毛细作用力拉近纳米片间的距离，诱导范德华作用形成。

该研究提出了采用二维纳米材料为构筑单元组装传统块体材料的研究思路，为范德华块体材料的高效、低能耗、高质量制备及多组分设计提供了全新方案，也为纳米材料尤其是二维材料赋能传统材料加工提供了有力的实验及科学依据。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41563-024-01840-0

《中国科学报》 (2024-03-20 第1版要闻)

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