很多高科技領(lǐng)域用到的技術(shù)，其原理往往在生活都能找到。比如說(shuō)下圖中的“砌墻”，每個(gè)人都不會(huì)陌生，通過(guò)將磚頭及水泥以有規(guī)律的方式一層又一層地重新組合，就能砌成可遮風(fēng)擋雨的新房子。

在材料學(xué)界，科學(xué)家們巧妙地將這個(gè)概念運(yùn)用到了研發(fā)工作中，將材料想象成縮小至納米級(jí)別的“磚頭”，然后以類似砌墻的方式一層又一層地將納米材料重疊在一起，完成新的構(gòu)建。在英文里，類似這種操作的技術(shù)被稱為layer-by-layer（LBL），也就是層層疊疊的意思。

“層層疊疊”組合有啥優(yōu)勢(shì)？

在這里，小編先舉個(gè)自然界的例子——鮑魚殼。鮑魚殼是典型的層狀材料，在顯微鏡下觀察能發(fā)現(xiàn)薄薄的殼其實(shí)有千萬(wàn)層，一層碳酸鈣一層高分子纖維，就像砌墻或千層糕一樣，這使得鮑魚殼有高拉伸強(qiáng)度和高韌性，即使摔在地上也不容易碎。

鮑魚殼切片的彩色增強(qiáng)掃描電子顯微照片

在材料界，對(duì)LBL的研究其實(shí)很早就開始了，比如說(shuō)美國(guó)密歇根大學(xué)的Nicholas A. Kotov在多年前就用這種砌墻方式把PVA聚合物和蒙脫土（片狀材料，厚度在納米尺度）交替疊加起來(lái)形成薄膜——具體原理是讓無(wú)機(jī)物納米片或者碳管表面帶上和聚合物電解質(zhì)相反的電荷，然后用提拉或者旋涂工藝交替涂成厚膜。最終獲得的復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，拉伸模量提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，聚合物的剛性變得和普通陶瓷相似了。

圖片來(lái)源：NAK

在國(guó)內(nèi)，最近也有一項(xiàng)類似“砌磚”的新成果出現(xiàn)，那就是湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的王建鋒教授所研發(fā)的云母基納米紙。他受鮑魚殼的啟發(fā)，以芳綸微米纖維和云母為原材料，通過(guò)將原本頭發(fā)絲大小的芳綸微米纖維和云母剝離分散成納米纖維和納米片，再通過(guò)溶膠—凝膠—薄膜轉(zhuǎn)換技術(shù)復(fù)合成千萬(wàn)層，大面積制備出云母基納米紙。據(jù)悉，這種納米紙僅需要25微米厚，就可抗4000V高壓電擊且耐565℃的高溫，可拉長(zhǎng)0.8倍，在高壓絕緣領(lǐng)域有絕佳的應(yīng)用前景。

采用溶膠-凝膠-薄膜轉(zhuǎn)換技術(shù)制備大面積云母基納米紙

目前這種“砌磚術(shù)”在電子、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域已有所應(yīng)用，被譽(yù)為是最有前途的表面可控制備和改性技術(shù)。小編認(rèn)為，這種工藝最大優(yōu)勢(shì)就在于它適用的材料相當(dāng)廣泛（包括聚離子、金屬、陶瓷、納米顆粒和生物分子），可通過(guò)組裝各種基元和超分子來(lái)調(diào)節(jié)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，相信在將來(lái)它還會(huì)有更多的相關(guān)新產(chǎn)品問(wèn)世，造福于社會(huì)。

粉體圈 河西