2024年7月5日，中国科大苏州高研院程群峰教授课题组在仿生纳米复合材料研究领域取得新进展，相关研究成果以“Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal”为题发表在国际顶级期刊《Science》封面文章上【Science 2024, 385, 62】。

图注：高性能液态金属交联碳化钛纳米复合材料（封面）。（A）结构示意，（B）断面形貌，（C）三维重构，（D）取向度，（E）力学性能对比

工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局等四部门联合印发的《绿色航空制造业发展纲要（2023—2035年）》，指出发展绿色航空制造业是应对气候变化、实现航空产业可持续发展的必然要求。其中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、空客、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，二维纳米材料（石墨烯、碳化钛等）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。

湿化学法（层层组装、真空抽滤、刮涂等）因其工艺简单、操作方便等特点，广泛用于组装二维纳米材料。科研人员经过努力，初步解决了二维纳米复合材料组装过程的纳米材料分散、取向、界面作用等一系列问题，但是忽视了湿化学法组装过程中的溶剂挥发诱导的毛细收缩，从而造成二维纳米片的褶皱，进一步在复合材料中产生孔隙缺陷，大幅降低了载荷传递能力，导致二维纳米复合材料的力学和电学性能远低于二维纳米材料的本征性能。为了解决以上问题，程群峰教授提出了“液态金属交联致密化”策略，利用液态金属易流动的特点，不仅填充了纳米复合材料组装中因毛细收缩产生的孔隙，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。同时液态金属与纳米片形成配位键，大幅提升了载荷传递能力。制备的液态金属交联碳化钛薄膜材料表现出迄今为止最高908.4 MPa的拉伸强度，高于目前报道的其他碳化钛薄膜材料，还兼具出色的电磁屏蔽性能。该工作提出的“液态金属交联致密化”新策略，为其他高性能纳米复合材料的创制提供了新思路。

该工作得到中国科学技术大学苏州高等研究院理化分析平台的大力支持，国家杰出青年科学基金（52125302）、科技部重点研发计划（2021YFA0715700）、原创探索计划项目（52350012）、国家自然科学基金面上项目（22075009）及111引智计划（B14009）等项目的资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257

中国科大苏州高研院为论文共同通讯单位。

                                                                                                                                                                                               （纳米科学技术学院、科研部）