纳米复合材料以其优异的力学和电学性能以及轻质绿色的特点，成为未来实现绿色航空目标的理想材料。但目前，纳米复合材料的宏观组装体性能远不及纳米复合材料本身，因此如何将纳米复合材料优异的本征性能在宏观组装体中实现是纳米复合材料领域亟待解决的关键科学问题。
就目前碳纳米管纤维由于跨尺度组装技术限制导致的高孔隙率、低取向度、弱管间作用等问题，针对纤维的跨尺度结构，从分子尺度、纳米尺度、微米尺度这三个方面，进行了纤维结构的系统性优化，从而制备出了具备高动态强度和优异抗冲击性能的碳纳米管纤维。
针对“湿法化学”组装二维纳米材料存在溶剂挥发诱导毛细收缩，进而导致材料孔隙的产生这一现象，利用课题组开发的“有序界面交联致密化“策略，并结合创造性的“纳米限域组装”新策略制备出了迄今为止具有最高拉伸强度的MXene纳米复合薄膜材料。
两项新成果从纳米复合材料的跨尺度组装技术限制造成的材料结构薄弱点出发，跨尺度的进行了材料结构的系统性优化，并利用蔡司X射线显微镜 Xradia Ultra系列（查看更多）/蔡司双束电镜Crossbeam系列（查看更多）/TEM等强有力的表征工具，对制备的纳米复合材料从二维到三维，从纳米尺度到微米尺度进行了全方位的结构表征，借助数值模拟的方法，再结合材料的性能测试结果，进一步研究了材料优异性能的来源。
>>> 查看/下载：蔡司 Xradia Ultra 系列
>>> 查看/下载：蔡司 Crossbeam 系列
北京大学张锦院士团队成功制备出高动态强度碳纳米管纤维，动态强度高达14 GPa。
《Carbon nanotube fibers with dynamic strength up to 14 GPa》
该研究通过引入聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）p-phenylene-2,6-benzobisoxazole）增强碳纳米管（CNT）管间作用、机械训练提高取向性和机械处理提高纤维致密性，获得了具有高动态强度和优异抗冲击性能的的碳纳米管纤维（D-PBO-CNTFs），动态强度高达14GPa。
▲图1：碳纳米管纤维的制备/结构与性能
（A）多尺度结构优化策略制备高性能碳纳米管纤维（B）PBO-CNTF 纤维束的数码照片。(C)纳米 CT 二维切片（左）D-PBO-CNTF 根据纳米CT三维重建空隙微观结构（右）（D）电镜和透射电镜图片（E）碳纳米管纤维与其它纤维的力学性能对比
首先将功能化 CNTF（F-CNTF）浸入含有 PBO 的氯磺酸（CSA）溶液中，由于质子化效应，CNTF 会明显膨胀。然后，在渐进拉伸处理过程中将 PBO 注入 F-CNTF（PBO-CNTF）。最后，利用机械滚动使 PBO-CNTFs（D-PBO-CNTFs）致密化（图1A）。结果表明，获得的纤维具有高度有序和密集的结构，并具有很强的界面相互作用（图1C和D）。
文章中展示的制作D-PBO-CNTFs的方法改善了界面相互作用、纳米管排列以及纤维内部的致密化。多尺度分析结合实验证据表明，碳纳米管纤维的动态性能主要归因于单个纳米管的同时断裂以及在高应变率加载过程中发生的特殊冲击能量分散。此工作为在宏观尺度上利用单个碳纳米管的内在强度制造抗冲击纤维材料提供了一条可行的途径。图2、3、4分别展示了对F-CNTF、注入PBO（PBO-CNTF）和机械滚动后碳纳米管（D-PBO-CNTFs）的纳米CT三维成像，从三维上直观的看到碳纳米管孔隙明显减少。
▲图2：(E）用聚焦离子束切割 F-CNTFs横截面的扫描电镜图像。(F）通过纳米 CT 重建的 F-CNTFs的三维孔隙微结构（蓝色代表内部孔隙）
▲图3：(G）用聚焦离子束切割PBO-CNTFs横截面的扫描电镜图像。( H）通过纳米 CT 重建的PBO-CNTFs的三维空隙微结构（蓝色代表内部孔隙）
▲图4：利用nano-CT对CSACNTFs(A)和D-PBO-CNTFs（B）碳纳米管内部孔隙结构进行三维可视化表征
《Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal》
该研究分享了二维纳米复合材料的最新进展，提出了“液态金属交联致密化”新方法，制备了迄今为止最高拉伸强度的MXene纳米复合薄膜材料，为其他二维纳米材料的宏观组装提供了新思路。
文章中利用液态金属（LM）和 细菌纤维素（BC）依次桥接 MXene 纳米片，制备出了超超微 LBM 薄膜。首先刮涂MXene纳米片和细菌纤维素（BC），然后刮涂聚多巴胺修饰的LM纳米颗粒（LP），在剪切力作用下LP发生变形并破裂，从而使得内部的LM流入到孔隙结构中，这种新组装策略可以实现逐层降低纳米复合材料的孔隙率（图1A-G）。同时，LM表面的Ga3+和MXene纳米片、BC分别形成了Ti-O→Ga3+和C-O→Ga3+配位键，大幅提高了载荷传递能力，LM 纳米粒子有效地减少了 LBM 薄膜的孔隙。此外，LBM 薄膜还具有很高的电磁屏蔽效率。制备的LM交联MXene复合薄膜（LBM）具有迄今为止最高的拉伸强度（908.4 MPa）（图1H）。
▲图 1：“液态金属交联致密化”策略显著提升MXene复合膜的力学性能 (A) 通过逐层方法，反复循环叶片涂层和热压，制备 MXene 纳米片（LBM 薄膜）的示意图。MXene 纳米片与液态金属（LM） 之间、细菌纤维素（BC） 与 LM 之间分别形成了 Ti-O→Ga3+ 和 C-O→Ga3+ 两种配位键。 (D 和 E）BM（BC-Mxene）和 MXene 纳米片（LBM薄膜)的纳米 CT 三维重建微观结构。红色表示孔隙，白色、蓝色和透明色分别表示 LM、MXene 纳米片和 BC。比例尺为 1 毫米。(F) BM 和 LBM 薄膜的孔隙率。（H）将 LBM 薄膜的拉伸强度和杨氏模量与其他 MXene 薄膜的拉伸强度和杨氏模量进行比较，包括真空过滤、蒸发和刀片涂层等不同的组装方法。
▲nano-CT表征BM薄膜（A和B）和LBM薄膜(C和D)内部结构三维展示，蓝色代表纳米片、红色代表孔隙、 透明色代表液态金属。对比结果可知“液态金属交联”策略显著提升了Mxene复合薄膜的致密化程度。
作为超高分辨率的无损三维纳米尺度表征设备，蔡司 Xradia Ultra系列三维无损超高分辨率纳米X射线显微镜，是在三维纳米尺度上表征纳米复合材料内部微观结构的强有力的解决方案。
>>> 查看/下载：蔡司 Xradia Ultra 系列
>>> 查看/下载：蔡司 Crossbeam 系列
本文使用权归蔡司显微镜所有，未经授权请勿转载至其他公众号，如需转载，请与工作人员联系，并注明出处。若涉版权问题，请与我们联系。
