突破性研发:基于自组装原理的全新纳米功能材料

近年来,随着科技的发展,利用纳米科学来制造功能材料已经成为一个热门的研究方向。但是,如何将众多的纳米部件聚集起来,使纳米材料“长大”到足以发挥作用的程度,一直是这个领域面临的一个难题。尽管堆叠纳米片是将纳米材料生长成产品的最简单的方法之一,但是使用现有的纳米片时,片材之间不可避免会存在“堆叠缺陷”,这限制了该技术的应用和发展。针对这个难题,美国研究团队开发出一种全新的自组装纳米片材料,取得重要进展。

一种新的自组装纳米片有望从根本上加速功能性和可持续纳米材料的开发，可用于电子、能源存储、健康和安全等领域。这种纳米片由美国劳伦斯·伯克利国家实验室的团队开发，可以显著延长消费品的保质期，并且由于它是可回收的，还能实现可持续制造。这一突破成果发表在《自然》杂志上。

为了制造功能性材料，纳米科学面临一个挑战，就是需要将许多小部件聚集在一起，使纳米材料能够变得足够大以发挥作用。然而，使用现有的纳米片时，往往会出现”堆叠缺陷”，即纳米片之间的间隙。

为了克服这个问题，研究团队开发了一种新的纳米片材料，完全跳过了串行堆叠的过程。他们将已知可自组装成小颗粒的材料与交替的成分材料层混合在一起，悬浮在溶剂中。通过这种方式，纳米片的有序层同时形成，而不是一个个堆叠在一起。这种材料只需要短距离移动，就能够组织好并填补间隙，避免了间隙问题。

这种新的纳米片材料在多个应用中表现出了出色的性能。实验结果显示，当溶剂蒸发时，纳米片在基底上自行组装成了高度有序的层状结构，缺陷密度非常低。每个纳米片都制成了100纳米厚，几乎没有孔和间隙，这使得该材料在防止水蒸气、挥发性有机化合物和电子通过方面特别有效。

此外，该材料还具有作为电介质的巨大潜力，电介质是一种绝缘材料，常用于储能和计算应用的电容器中。研究人员还发现，当该材料用于涂覆多孔聚四氟乙烯膜时，它可以非常有效地过滤掉挥发性有机化合物。最后，该材料还可以重新溶解和铸造，以产生新的阻隔涂层。

这项研究的突破有望加速功能性和可持续纳米材料的开发，为电子、能源存储、健康和安全等领域带来更多创新和可持续的解决方案。