第一作者：潘晓锋、高怀岭

通讯作者：陆杨、俞书宏

通讯单位：合肥工业大学、中国科学技术大学

研究亮点：

1. 实现了由廉价天然云母粉大量制备高质量的超薄云母纳米片

2. 制备了具有优异的机械强度、良好的可见光透过率以及紫外屏蔽性的仿贝壳结构云母复合薄膜

超薄纳米片具有优异的力学、光学和电学性能，目前大部分二维材料已经实现超薄纳米片的剥离法制备，特别是石墨烯和蒙脱土已实现宏量制备。作为一种常见的层状结构铝硅酸盐天然矿物，云母具有特殊的可见光透过和紫外屏蔽性能，以及高电气绝缘性、耐酸碱与高温稳定性等优点。此外，片云母已经用于制备新型有机场效应晶体管。

然而高品位的片云母产量低且价格昂贵，极大限制了其广泛应用。相比之下，天然碎云母储量丰富且价格低廉，同时与片云母具有相同的理化性能和结构。因此，由天然云母粉组装成与片云母性能相近或优于片云母的宏观组装材料具有重要意义。

有鉴于此，合肥工业大学陆杨教授和中国科学技术大学俞书宏教授团队提出了“解组装-仿生组装”的制备策略，实现了由廉价天然云母粉大量制备高质量的云母纳米片，并将其组装成可以媲美甚至超过天然大片云母的具有有序结构的云母聚合物薄膜。

图1 云母纳米片宏量制备及表征

将高质量纳米片制备成 “砖-泥”层状结构的仿生组装体是构建高性能宏观复合结构材料的有效方式。然而，天然云母粉的粒径大且纵横比低，不利于其通过仿生组装制备高性能的宏观膜，并且将云母粉剥离成高质量的云母纳米片极为困难。研究人员通过液相剥离制备的超薄云母纳米片具有单层或少层结构，在溶液中可以稳定分散超过1个月，其产率可以达到1.0 g h^-1。

利用喷涂技术将云母纳米片与壳聚糖混合溶液组装获得的仿生云母复合膜经过组分和结构优化后，当云母含量达到60%时显示出优异的机械强度（拉伸应力~260 MPa，杨氏模量16.2GPa）、良好的可见光透过率（38-65%），以及独特的紫外屏蔽性（62-100%）。经受144小时紫外照射后，拉伸性能几乎不变，证明其具有优异的抗紫外老化性能。同时基于该透明薄膜成功构建了可弯曲的光电检测器件，因此该透明仿生云母薄膜在柔性透明电子器件等领域具有广阔的应用前景。

图2 仿生云母膜的光学性能

图3 仿生云母膜的机械性能和抗紫外老化性能

这项研究工作制备的透明柔性仿贝壳结构云母复合膜的整体性能优于天然片云母和其他种类的粘土仿贝壳薄膜，而且该技术易于工业化放大。更重要的是，该技术可推广到其他聚合物复合材料以及透明的紫外屏蔽涂层的研发，为今后廉价的低品位的天然云母粉的精加工和升级应用提供了新的思路和技术。

参考文献：

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