北京航空航天大学程群峰教授课题组报道利用液态金属（LM）和细菌纤维素（BC）依次桥接 MXene 纳米片（LBM 薄膜），借助上海光源稀有元素分析线站（BL13SSW）进行实验分析，首次证实了MXene-LM和BC-LM之间均形成了Ga-O配位键，促成了一种超强的 MXene 宏观薄膜，为二维纳米材料的宏观组装提供了新思路。

研究的重要性和影响力

该工作制备的MXene 宏观薄膜，其拉伸强度达到 908.4 兆帕。使用重复循环刀片涂层的逐层方法将 LBM 薄膜的取向度提高到了 0.935，而具有良好变形能力的 LM 则将空隙转化为 5.4% 的孔隙率。相关成果以“Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal”为题发表在Science 2024, 5, 62–68。

研究背景

现有方法如真空过滤法、刮刀涂布法和空间限制蒸发法各有优劣。真空过滤法制得的薄膜取向度较低，抗拉强度仅为41兆帕；刀片涂层法制得的薄膜取向度为0.75，抗拉强度达到570兆帕；空间限制蒸发法将取向度提高到0.99，使薄膜抗拉强度达到707兆帕。通过桥接氢键、共价键和离子键等方法减少孔隙率，提高应力传递效率，薄膜抗拉强度可达739兆帕，但仍低于单层MXene的17.3 GPa。

主要研究内容

该工作提出了“液态金属交联致密化”新策略，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，而且液态金属与纳米片形成配位键，大幅提升了载荷传递能力。BC 的氢键和 LM 的配位键增强了界面相互作用，从而提高了应力传递效率。顺序桥接为将其他二维纳米片组装成高性能材料提供了一种途径。工作中采用上海光源稀有元素分析线站（BL13SSW）进行精细结构吸收谱（XAFS）测试分析，首次证实了MXene-LM和BC-LM之间均形成了Ga-O配位键。

图1 LBM复合薄膜的同步辐射精细结构吸收谱表征

展望

该工作中制备了迄今为止最高拉伸强度的MXene纳米复合薄膜材料，且具有优异的电磁屏蔽性能，为其他二维纳米材料的宏观组装提供了新思路。