第一作者：潘曉鋒、高懷嶺
通訊作者：陸楊、俞書宏
通訊單位：合肥工業大學、中國科學技術大學
研究亮點：
1. 實現了由廉價天然云母粉大量制備高質量的超薄云母納米片
2. 制備了具有優異的機械強度、良好的可見光透過率以及紫外屏蔽性的仿貝殼結構云母復合薄膜
超薄納米片具有優異的力學、光學和電學性能，目前大部分二維材料已經實現超薄納米片的剝離法制備，特別是石墨烯和蒙脫土已實現宏量制備。作為一種常見的層狀結構鋁硅酸鹽天然礦物，云母具有特殊的可見光透過和紫外屏蔽性能，以及高電氣絕緣性、耐酸堿與高溫穩定性等優點。此外，片云母已經用于制備新型有機場效應晶體管。
然而高品位的片云母產量低且價格昂貴，極大限制了其廣泛應用。相比之下，天然碎云母儲量豐富且價格低廉，同時與片云母具有相同的理化性能和結構。因此，由天然云母粉組裝成與片云母性能相近或優于片云母的宏觀組裝材料具有重要意義。
有鑒于此，合肥工業大學陸楊教授和中國科學技術大學俞書宏教授團隊提出了“解組裝-仿生組裝”的制備策略，實現了由廉價天然云母粉大量制備高質量的云母納米片，并將其組裝成可以媲美甚至超過天然大片云母的具有有序結構的云母聚合物薄膜。
圖1 云母納米片宏量制備及表征
將高質量納米片制備成 “磚-泥”層狀結構的仿生組裝體是構建高性能宏觀復合結構材料的有效方式。然而，天然云母粉的粒徑大且縱橫比低，不利于其通過仿生組裝制備高性能的宏觀膜，并且將云母粉剝離成高質量的云母納米片極為困難。研究人員通過液相剝離制備的超薄云母納米片具有單層或少層結構，在溶液中可以穩定分散超過1個月，其產率可以達到1.0 g h-1。
利用噴涂技術將云母納米片與殼聚糖混合溶液組裝獲得的仿生云母復合膜經過組分和結構優化后，當云母含量達到60%時顯示出優異的機械強度（拉伸應力~260 MPa，楊氏模量16.2GPa）、良好的可見光透過率（38-65%），以及獨特的紫外屏蔽性（62-100%）。經受144小時紫外照射后，拉伸性能幾乎不變，證明其具有優異的抗紫外老化性能。同時基于該透明薄膜成功構建了可彎曲的光電檢測器件，因此該透明仿生云母薄膜在柔性透明電子器件等領域具有廣闊的應用前景。
圖2 仿生云母膜的光學性能
圖3 仿生云母膜的機械性能和抗紫外老化性能
這項研究工作制備的透明柔性仿貝殼結構云母復合膜的整體性能優于天然片云母和其他種類的粘土仿貝殼薄膜，而且該技術易于工業化放大。更重要的是，該技術可推廣到其他聚合物復合材料以及透明的紫外屏蔽涂層的研發，為今后廉價的低品位的天然云母粉的精加工和升級應用提供了新的思路和技術。
參考文獻：
Pan X-F, Gao H-L, et al. Transforming Ground Mica into High-Performance Biomimetic Polymeric Mica Film[J]. Nature Communications, 2018, 9, 2974.
DOI: 10.1038/s41467-018-05355-6
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05355-6
