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率的需求。我國在電子材料領域存在的"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

研究團隊開發(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，實現(xiàn)了強界面電子耦合。研究團隊已成功制備出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。

電學性能：創(chuàng)紀錄的電導率

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

為深入探究扭曲角與電子特性的關系，研究團隊采用澤攸科技的FEI電學芯片桿，在TEM中精準識別特定扭曲角的單個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)定宣傳保護樹木，并組織動員群眾積極參加以植樹造林憑借超高電導率和獨特的卷曲結(jié)構(gòu)，V?CT?非范德華超晶格在電磁干擾屏蔽領域展現(xiàn)出性能。40微米厚的隨機分布超晶格薄膜在X波段實現(xiàn)了119 dB的屏蔽效能，可阻擋99.99999999987%的入射輻射。

通過進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，研究團隊設計了具有中間定向?qū)雍蛢蓚?cè)隨機層的夾層薄膜，將屏蔽效能提升至124 dB，創(chuàng)下了同厚度合成材料的紀錄。該材料的屏蔽效能達到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。

原位表征技術的關鍵支撐

這一突破性研究成果的背后，離不開的表征技術支持。澤攸科技的原位TEM測量系統(tǒng)為研究團隊提供了關鍵的技術支撐，使得研究人員能夠在原子尺度實時觀察材料的結(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，已為多項重大研究成果提供了技術支持。

研究成果的戰(zhàn)略意義

這項研究成果不僅代表了材料科學領域的重要突破，更具有深遠的戰(zhàn)略意義：

未來展望與應用前景

基于這項研究成果，未來在以下幾個方向具有廣闊的應用前景：

這項研究成果的發(fā)表，不僅彰顯了中國科研團隊在材料科學領域的創(chuàng)新實力，也為電子材料技術的發(fā)展指明了新的方向。隨著后續(xù)研究的深入和產(chǎn)業(yè)化進程的推進，這種新型非范德華超晶格材料有望在多個重要領域發(fā)揮關鍵作用。

該研究由北京航空航天大學聯(lián)合休斯頓大學等團隊共同完成，相關成果已于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)和表征技術的進步，我們有理由相信，中國科研團隊將在材料科學領域繼續(xù)取得更多突破性成果，為科技進步貢獻中國智慧。