新方法實現(xiàn)近室溫制備范德華塊體材料

清華大學深圳國際研究生院與中國科學院深圳先進技術研究院、中國科學院金屬研究所、深圳理工大學（籌）合作，通過將六方氮化硼剝離為二維氮化硼納米片，再對納米片進行加壓密實化組裝，實現(xiàn)在近室溫條件下（室溫至60 ℃）“自下而上”地制備氮化硼塊體材料。該方法將制備該類材料的能耗降低了至少一個數(shù)量級。相關研究成果近日發(fā)表于《自然·材料》。

范德華塊體材料，如六方氮化硼和石墨，在導熱和高溫結構材料等領域有重要應用。然而這類范德華塊體材料通常需要在高于1 000℃的高溫下燒結制備，能耗巨大。

范德華材料的構筑單元之間主要以范德華力結合。團隊猜測，只要構筑單元之間存在納米及亞納米尺度接觸，就可以激活范德華作用，實現(xiàn)無需高溫燒結的范德華塊體材料的制備。

為了驗證這一想法，團隊在近室溫條件下壓制了石墨烯、六方氮化硼、金屬硫化物等二維納米片，制備出一系列高密實化、高機械強度、納米片高度定向組裝的范德華塊體材料。受益于室溫制備工藝，該方法可用于大規(guī)模、快速制備范德華塊體材料，并應用于范德華塊體材料的修復、表面壓印等傳統(tǒng)燒結法難以實現(xiàn)的領域。

此外，該研究揭示了納米片表面吸附水分子的誘導作用是近室溫組裝范德華塊體材料的關鍵機制。在組裝過程初期，水作為潤滑劑，可減少納米片滑移和定向排列過程中的摩擦力，促進密實化堆垛和高定向排列，這一過程同時將水分子限制于二維納米片形成的限域空間內，導致水分子脫附并快速逃逸出材料，其產生的毛細作用力拉近納米片間的距離，誘導范德華作用形成。

該研究提出了采用二維納米材料為構筑單元組裝傳統(tǒng)塊體材料的研究思路，為范德華塊體材料的高效、低能耗、高質量制備及多組分設計提供了全新方案，也為納米材料尤其是二維材料賦能傳統(tǒng)材料加工提供了有力的實驗及科學依據。

摘自《中國科學報》