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图 超强致密化碳化钛薄膜（SDM）的结构表征和性能：（a）实物图；（b）聚焦离子束（FIB）切割的断面扫描电镜（SEM）照片；（c）卡通结构图；（d）FIB-SEM三维重构结构；（e）广角X射线散射图案和相应的002峰方位角扫描曲线；（f）SDM薄膜与文献报道碳化钛薄膜的拉伸强度和杨氏模量对比图
在国家自然科学基金项目（批准号：52125302、22075009、51961130388、82201021和52003011）等资助下，北京航空航天大学程群峰教授团队在高分子纳米复合材料领域取得新进展，相关成果以“小片填充和界面交联协同致密化的超强MXene薄膜（Ultrastrong MXene films via the synergy of intercalating small flakes and interfacial bridging）”为题，于2022年11月29日在线发表于《自然-通讯》（Nature Communications）杂志，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35226-0。
轻质高强高分子纳米复合材料是解决航空航天领域小型化、轻量化等瓶颈问题的重要材料。碳化钛纳米片具有超高的力学和电学性能以及超低的红外发射率，是构筑此类高分子纳米复合材料的理想基元材料。但由于孔隙的存在，以及碳化钛层间较弱的界面作用，往往导致碳化钛高分子纳米复合材料的力学性能远低于理论预测值。而界面交联策略虽然可以减少碳化钛层间的孔隙，然而高分子交联剂往往阻碍了碳化钛层间的电子传递，降低了复合材料的电学性能。因此，如何构筑兼具力学和电学性能的碳化钛高分子纳米复合材料仍然是一个巨大挑战。
鉴于此，程群峰教授团队通过在大尺寸碳化钛纳米片（大片）层间有序引入小尺寸碳化钛纳米片（小片）和钙离子、硼酸根离子交联，制备了超强致密化碳化钛薄膜（图）。小片可以填充多层大片之间的孔隙，但增大了单层碳化钛纳米片间距、降低了碳化钛纳米片取向度，进一步通过钙离子和硼酸根离子交联减小单层碳化钛纳米片间距、并提升碳化钛纳米片取向度，因此这种有序致密化策略充分利于了小片填充和界面交联的优势，不仅增强了界面作用，同时保持高取向片结构，实现了协同消除大片层间的孔隙。所制备的致密化碳化钛薄膜不仅具有超高的拉伸强度、杨氏模量、韧性、电导率和电磁屏蔽性能，还具有优异的抗氧化性能和红外热伪装性能。
本工作为将来高性能组装其他二维纳米材料提供了新的研究思路，同时，这种超强致密化碳化钛薄膜可规模化制备，在柔性可穿戴电子器件、军用红外隐身衣、电磁屏蔽涂层、航空航天等领域具有重要应用前景。