程群峰

基于二维纳米材料制备的各向异性导热薄膜由于其优异的导热性能、可控定向传热能力等优点引起了研究人员的广泛关注。本综述系统总结了基于二维纳米材料制备的各向异性导热薄膜的研究进展。与传统导热材料相比，二维纳米薄膜展现出更优异的各向异性导热性能和力学性能，在热管理领域应用中取得了巨大的进展，但仍存在一些挑战。

程群峰教授团队利用金属离子桥接氧化石墨烯（GO）纳米片，通过优化金属配位键形式和交联密度，揭示了不同价态金属离子桥接的石墨烯薄膜力学性能与金属配位键结构之间的关系。研究发现二价金属离子与石墨烯纳米片边缘羧基形成四面体结构，键能较低，有利于提高石墨烯薄膜的韧性；而三价金属离子与石墨烯纳米片形成八面体结构，具有较高的键能，有利于提高石墨烯薄膜的拉伸强度。

程群峰教授提出了纳米限域组装策略，通过纳米限域水辅助二维纳米材料组装，消除了毛细收缩导致二维纳米材料的褶皱，解决了湿化学法组装二维纳米材料结构不致密，取向度低的关键科学问题，实现了纳米复合材料力学性能的突破。

近期，常州第六元素分别邀请天津大学杨全红教授、中国计量院任玲玲研究员以及北京航空航天大学程群峰教授来司进行了参观指导。三位专家学者与第六元素研发团队进行了学术方面的分享和交流，并分别进行了《高比能二次电池的“碳”方案》、《中国计量院及计量规范简介，以及关于在石墨烯计量方面的工作》和《碳纳米复合材料孔隙缺陷的调控》主题的专题讲座。

本综述中，我们首先介绍了仿生石墨烯、MXene纳米复合薄膜的制备方法。然后，总结和讨论了具有代表性的几种组装策略。同时，讨论了仿生石墨烯、MXene纳米复合薄膜在电磁屏蔽和导热等领域的应用。最后，我们展望了仿生石墨烯、MXene纳米复合薄膜所面临的机遇与挑战，以促进其在未来科学研究中的发展和应用。

和碳纤维相比，新兴的石墨烯、MXene等二维纳米材料具有更加优异的力学和电学性能，是制备轻质高强高分子纳米复合材料的理想基元材料。但是在制备过程中也会产生很多孔隙，导致高分子纳米复合材料的性能远低于预期值。由于二维纳米材料本征的力学性能远高于高分子基体，在外力作用过程中使得高分子纳米复合材料的真实结构被破坏。采用常规表征方法，例如电子扫描显微镜等，得到的是破坏后的结构形貌，掩盖了高分子纳米复合材料的内部真实结构。而传统检测碳纤维复合材料孔隙率的方法（如micro-CT和超声C扫描）检测限很难达到纳米级，因此，高分子纳米复合材料的内部真实结构，尤其是孔隙，常常被忽视。给高分子纳米复合材料领域的基础和应用研究造成了巨大困扰，严重影响了高分子纳米复合材料的发展和实际应用。

该研究从蚕丝天然核鞘结构与蚕丝力学性能的关系中得到启发，开发了一种通过还原氧化石墨烯功能化蚕丝的新策略。石墨烯功能化的桑蚕丝不仅具有高强度，还具有温度响应、运动检测等功能。这种仿生方法为绿色高性能纤维制造提供了一种通用和方便的策略，在未来智能纤维材料应用中有巨大的潜力。

这篇推送关注于程群峰老师研究团队近年来在高强度石墨烯薄膜方面取得的系列进展，共7篇文献其中包括1篇Nature Materials、1篇Nature Communications、2篇PNAS（美国科学院院刊）、1篇Advanced Materials和2篇Matter。

鉴于此，程群峰教授课题组和Ray H. Baughman院士团队提出了外力牵引下有序界面交联的新型组装策略，揭示了界面交联“冻结”外力牵引诱导取向结构的科学原理，解决了石墨烯纳米片组装过程中的两个关键科学问题，制备了高强度高导电的石墨烯薄膜。这种新型构筑策略为其他二维纳米片的宏观组装提供了新的研究思路。

北京航空航天大学程群峰教授课题组通过借鉴天然鲍鱼壳的有机-无机层状交替结构，通过冰模板方法制备了具有优异韧性的反鲍鱼壳结构的环氧-石墨烯纳米复合材料