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  近日，合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院陸楊教授課題組和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏教授研究團(tuán)隊(duì)合作，創(chuàng)新性地采用“解組裝-仿生組裝”的兩步策略，以廉價(jià)天然云母粉為原料，成功實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量云母納米片的大量制備，并組裝成高性能透明柔性仿貝殼結(jié)構(gòu)云母復(fù)合膜。這一高性能仿生復(fù)合薄膜在柔性透明電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)成果發(fā)表在7月30日出版的英國(guó)《自然-通訊》上。合肥工業(yè)大學(xué)2014級(jí)博士生潘曉鋒和中國(guó)科大博士后高懷嶺為共同第一作者。

  作為一種常見(jiàn)的層狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽天然礦物，云母具有特殊的可見(jiàn)光透過(guò)和紫外屏蔽性能，并有高電氣絕緣性、耐酸堿與高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)柔性透明電子器件等領(lǐng)域的理想材料。然而，高品位的片云母產(chǎn)量低且價(jià)格昂貴，極大限制了其應(yīng)用。天然碎云母盡管儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉且與片云母化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)相同，但由其制備的天然云母粉的粒徑大且縱橫比低，剝離成高質(zhì)量的云母納米片也極為困難，難以通過(guò)仿生組裝制備高性能的宏觀尺度膜。

  該研究團(tuán)隊(duì)攻克了天然云母粉宏量剝離等難題，通過(guò)液相剝離制備的單層或少層超薄云母納米片在溶液中可以穩(wěn)定分散超過(guò)1個(gè)月。同時(shí)，利用噴涂技術(shù)，成功將超薄云母納米片與殼聚糖混合溶液組裝成微納尺度上具有“磚-泥”層狀結(jié)構(gòu)的仿貝殼結(jié)構(gòu)云母復(fù)合膜，并進(jìn)行了組分和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

圖一：云母納米片的制備及表征

(a) 云母納米片制備策略；(b) 云母粉、插層云母和云母納米片的小角度XRD；(c) 云母納米片的TEM圖像；(d) 云母納米片的AFM圖像；(e) 云母納米片的TEM-mapping圖像。

圖二：云母納米片的放大制備

(a-c) 云母納米片分散液的濃度與起始的濃度、超聲功率和體積的關(guān)系；(d) 云母納米片的宏量制備過(guò)程；(e) 云母納米片的產(chǎn)量與剝離次數(shù)的關(guān)系；(f) 云母納米片的分散液；(g-i) 聚酰亞胺修飾的云母納米片的熱重、厚度和穩(wěn)定性。

圖三：仿生云母膜的光學(xué)性能

(a) 仿生云母膜制備的示意圖；(b) 不同比例的仿生云母膜的可見(jiàn)紫外透過(guò)率；(c-d) 仿生云母膜和其他仿貝殼粘土復(fù)合膜的可見(jiàn)光透過(guò)和紫外屏蔽性質(zhì)的對(duì)比；(e-f) 大尺寸的仿生云母膜的實(shí)物照片和微觀結(jié)構(gòu)；(g) 不同厚度的仿生云母膜的可見(jiàn)紫外透過(guò)率。

  相關(guān)論文信息：Nature Communications 2018, 9, 2974, DOI: 10.1038/s41467-018-05355-6

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05355-6