航空产业的可持续发展离不开材料研发的支撑。新春伊始，北京航空航天大学的科研工作者在这一领域再次取得重要成果。北航化学学院程群峰教授团队在纳米复合材料研究领域取得最新进展，相关成果于北京时间2月16日发表于《科学》期刊。该工作首次利用纳米限域水在室温常压下制备了具有超高拉伸强度（1.87GPa）的面内各向同性Ti3C2Tx交联石墨烯复合薄膜，为其他二维材料的有序组装提供了一种新的策略。

轻量化材料是绿色航空发展的关键核心技术之一。目前波音787、空客A350客机、C919客机大量使用碳纤维复合材料，实现减重和节能减排。和碳纤维相比，石墨烯和碳化钛等二维纳米材料具有更加优异的力学和电学性能，是未来实现绿色航空目标的理想材料。如何将二维纳米材料优异的本征性能在宏观组装体中实现是该领域亟待解决的关键科学问题。

程群峰教授团队长期致力于仿生纳米复合材料的研究。通过向自然学习，该团队发展了纳米复合材料的绿色仿生构筑策略，发明了有序化学交联及其协同作用策略，创制了高强导电轻量化功能纳米复合材料。最近，程群峰教授提出了纳米限域组装策略，通过纳米限域水辅助二维纳米材料组装，消除了毛细收缩导致二维纳米材料的褶皱，解决了湿化学法组装二维纳米材料结构不致密，取向度低的关键科学问题，实现了纳米复合材料力学性能的突破。

石墨烯和碳化钛等二维纳米材料的单层纳米片通常具有超高的力学性能，然而由它们组装成的宏观二维纳米复合材料的性能却呈指数级下降，主要是因为在宏观二维纳米材料组装体中二维纳米片之间的应力很难有效传递。目前，提升二维纳米复合材料力学性能的策略主要有：提升纳米片的取向度；增强纳米片间的界面作用；提升纳米复合材料的密实度。基于以上三种策略衍生出了诸如剪切力诱导有序组装、界面交联和孔隙填充等方法，然而这些方法多依赖于湿化学法进行组装，在制备过程中二维纳米材料不可避免地会经历毛细收缩，从而降低二维纳米材料的取向度。

针对上述问题，程群峰教授团队利用持续真空抽滤法将体积水转化为纳米限域水，利用纳米限域水在室温下难以挥发的特性，有效避免了纳米片的毛细收缩，实现了限域客体对主体材料（纳米片）的取向度调控，制备出了真正意义上具有面内各向同性的π-π交联Ti3C2Tx石墨烯（πBMG）薄膜，为其他二维材料的有序组装提供了一种全新的策略。

文/北京青年报记者  雷嘉

编辑/张鹏