第一作者：Pingwei Liu
通訊作者：Michael S. Strano
通訊單位：麻省理工學院（美國）
研究亮點：
1.實現了對二維材料裂縫和剝離的精確控制。
2.發展了一種兩面神二維納米片包裹微顆粒的新結構。
Tips：Janus（古羅馬的“雙面神”）材料是指在同一介觀體系中，具有兩種截然不同的組成與物理/化學性質的一類材料，譬如同時具有親水/疏水、極性/非極性等，是材料科學的重要研究議題。
通過膠體顆粒的摻入，石墨烯等二維材料被賦予更加獨特的電子結構，從而具有更優異的的力學、電學和化學性質。然而，二維材料-膠體顆粒復合體系的應用并不多見，主要受限于以下兩個問題：
1）傳統的自上而下的光刻技術限制了膠體溶液的生產規模
2）CVD方法制備的大面積石墨烯等二維材料通常帶有隨機的裂縫
有鑒于此，麻省理工學院Michael S. Strano課題組開發了一種“自動穿孔”技術，實現了兩面神二維納米片包裹微顆粒的新結構。新加坡南洋理工大學Qiyuan He和Hua Zhang在NatureMaterials專門撰寫了點評文章。
圖1. 自動穿孔策略制備微顆粒器件示意圖
想法來源：
基于最近對格里菲斯理論的修正，研究人員發現具有高斯曲率的剛性基底可以預測和控制拉伸時扁平彈性片層宏觀裂紋的生長。那么，在1000倍的規模上施加類似的應變場，是否同樣可以引導石墨烯或其他二維材料中自發形成裂縫，從而產生可擴展的納米制造方法，以用于生產能夠進行復雜裝置操作的新型電子膠體呢?
自動穿孔技術：
研究人員在聚合物表面生長一種二維材料，然后噴墨印刷在二維材料表面構建聚合物墨水和納米材料的復合物陣列。接著將另一種二維材料包裹在陣列表面，形成三明治結構。最后，通過高溫退火和應變控制剝離基底，研究人員得到了兩種二維材料包裹的聚合物納米復合材料。
通過改變不同的納米材料，以及不同的二維包裹材料，研究人員可以實現各種各樣的多功能集成。
圖2. 剝離后的微粒表征
自動穿孔原理：
根據經驗，二維晶格內的環形應力分布可以通過兩個連續過程引入：1）基于模具的折疊；2）溶劑驅動的剪切應變。初始環形應變是通過將二維材料嵌入到彈性聚合物上，然后貼合在相對剛性的基底上，其高斯曲率確保噴墨印刷得到盤形聚合物突起陣列，然后通過層壓形成夾層結構。
當研究人員將夾層結構置于攪拌的溶劑中時，薄膜就會發生附加應變。石墨烯、二硫化鉬和hBN等二維材料會在與模板交界處自動形成裂縫并剝離，然后形成具有Janus表面包裹的膠體微粒。
功能應用：
獨特的結構賦予了這種材料獨特的化學傳感功能。通過表面修飾，這種材料在生物醫藥研究領域也將具有廣闊的應用前景。如果在二維材料中引入一些傳質通道，就更有意思了。
圖3. 雙層石墨烯包裹微粒的電學性質和憶阻特性
圖4. G-PS-G微粒作為感知和記錄環境信息的平臺
總之，這項研究發展了一種全新的微納制造技術，為二維材料和微納米顆粒表面功能性集成提供了新的思路。
參考文獻：
1.Pingwei Liu, MichaelS. Strano, Autoperforation of 2D materials for generating two-terminalmemristive Janus particles[J], Nature Materials, 2018.
DOI:10.1038/s41563-018-0197-z
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0197-z
2.Qiyuan He, Hua Zhang, 2D materials-wrapped microparticles[J], Nature Materials,2018.
DOI:10.1038/s41563-018-0202-6
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0202-6
