研究背景：突破材料性能瓶頸

現(xiàn)有電子材料面臨的挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)范德華力超晶格因界面耦合弱，難以滿足現(xiàn)代電子器件對超高電磁屏蔽效能和電導(dǎo)率的需求。我國在電子材料領(lǐng)域存在的"卡脖子"問題，尤其制約著產(chǎn)業(yè)鏈的安全發(fā)展。

非范德華力超晶格等創(chuàng)新材料體系的發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。這類材料通過剛度調(diào)節(jié)的卷曲策略和層間氫鍵結(jié)合，有望突破傳統(tǒng)材料的性能極限，為解決國家在電子器件、航空航天和國防安全領(lǐng)域的材料瓶頸提供全新路徑。

創(chuàng)新合成策略：剛度調(diào)節(jié)的卷曲技術(shù)

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于剛度調(diào)節(jié)卷曲策略的創(chuàng)新合成方法，成功構(gòu)建了碳化物和碳氮化物非范德華超晶格。該方法的核心突破在于通過在MX層中創(chuàng)建金屬空位來定制原子層的彎曲剛度，在高效剝離劑作用下觸發(fā)原子的有序卷曲。

與傳統(tǒng)范德華超晶格不同，這種新型結(jié)構(gòu)通過層間氫鍵結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)界面電子耦合。研究團(tuán)隊(duì)已成功制備出17種不同組成的MXene超晶格，包括V、Ti、Nb和Ta基碳化物和碳氮化物，為人工堆疊體系提供了豐富的材料平臺。

電學(xué)性能：創(chuàng)紀(jì)錄的電導(dǎo)率

V?CT?非范德華超晶格展現(xiàn)出非凡的電學(xué)性能，單根超晶格的電導(dǎo)率高達(dá)30,000 S cm?1，是對應(yīng)納米片（約1,400 S cm?1）的22倍。這種異常高的電導(dǎo)率主要源于超晶格中高達(dá)1022 cm?3的載流子濃度，比V?CT?納米片高出兩個(gè)數(shù)量級。

為深入探究扭曲角與電子特性的關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)采用澤攸科技的FEI電學(xué)芯片桿，在TEM中精準(zhǔn)識別特定扭曲角的單個(gè)超晶格并制備四端器件。這種原位表征方法揭示了不同扭曲角（1.8°-9.0°）的超晶格均保持超高電導(dǎo)率（27,000-35,000 S cm?1），證明了氫鍵結(jié)合帶來的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

突破性的電磁屏蔽性能

植樹節(jié)是按照法律規(guī)定宣傳保護(hù)樹木，并組織動員群眾積極參加以植樹造林憑借超高電導(dǎo)率和獨(dú)特的卷曲結(jié)構(gòu)，V?CT?非范德華超晶格在電磁干擾屏蔽領(lǐng)域展現(xiàn)出性能。40微米厚的隨機(jī)分布超晶格薄膜在X波段實(shí)現(xiàn)了119 dB的屏蔽效能，可阻擋99.99999999987%的入射輻射。

通過進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有中間定向?qū)雍蛢蓚?cè)隨機(jī)層的夾層薄膜，將屏蔽效能提升至124 dB，創(chuàng)下了同厚度合成材料的紀(jì)錄。該材料的屏蔽效能達(dá)到200,000 dB cm2 g?1，分別是納米片薄膜、Ti基MXene和銅箔的10倍、3倍和25倍。

原位表征技術(shù)的關(guān)鍵支撐

這一突破性研究成果的背后，離不開的表征技術(shù)支持。澤攸科技的原位TEM測量系統(tǒng)為研究團(tuán)隊(duì)提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐，使得研究人員能夠在原子尺度實(shí)時(shí)觀察材料的結(jié)構(gòu)演變和性能變化。

澤攸科技作為中國本土的精密儀器公司，是原位電子顯微鏡表征解決方案的重要供應(yīng)商。其Pico、Femto系列原位透射電子顯微鏡表征解決方案，已為多項(xiàng)重大研究成果提供了技術(shù)支持。

研究成果的戰(zhàn)略意義

這項(xiàng)研究成果不僅代表了材料科學(xué)領(lǐng)域的重要突破，更具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義：

未來展望與應(yīng)用前景

基于這項(xiàng)研究成果，未來在以下幾個(gè)方向具有廣闊的應(yīng)用前景：

這項(xiàng)研究成果的發(fā)表，不僅彰顯了中國科研團(tuán)隊(duì)在材料科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)力，也為電子材料技術(shù)的發(fā)展指明了新的方向。隨著后續(xù)研究的深入和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，這種新型非范德華超晶格材料有望在多個(gè)重要領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

該研究由北京航空航天大學(xué)聯(lián)合休斯頓大學(xué)等團(tuán)隊(duì)共同完成，相關(guān)成果已于2025年10月22日在《Nature》期刊正式發(fā)表。

未來，隨著更多創(chuàng)新材料的發(fā)現(xiàn)和表征技術(shù)的進(jìn)步，我們有理由相信，中國科研團(tuán)隊(duì)將在材料科學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)取得更多突破性成果，為科技進(jìn)步貢獻(xiàn)中國智慧。