第一作者：Pingwei Liu

通讯作者：Michael S. Strano

通讯单位：麻省理工学院（美国）

研究亮点：

1.实现了对二维材料裂缝和剥离的精确控制。

2.发展了一种两面神二维纳米片包裹微颗粒的新结构。

Tips：Janus（古罗马的“双面神”）材料是指在同一介观体系中，具有两种截然不同的组成与物理/化学性质的一类材料，譬如同时具有亲水/疏水、极性/非极性等，是材料科学的重要研究议题。

通过胶体颗粒的掺入，石墨烯等二维材料被赋予更加独特的电子结构，从而具有更优异的的力学、电学和化学性质。然而，二维材料-胶体颗粒复合体系的应用并不多见，主要受限于以下两个问题：

1）传统的自上而下的光刻技术限制了胶体溶液的生产规模

2）CVD方法制备的大面积石墨烯等二维材料通常带有随机的裂缝

有鉴于此，麻省理工学院Michael S. Strano课题组开发了一种“自动穿孔”技术，实现了两面神二维纳米片包裹微颗粒的新结构。新加坡南洋理工大学Qiyuan He和Hua Zhang在NatureMaterials专门撰写了点评文章。

图1. 自动穿孔策略制备微颗粒器件示意图

想法来源：

基于最近对格里菲斯理论的修正，研究人员发现具有高斯曲率的刚性基底可以预测和控制拉伸时扁平弹性片层宏观裂纹的生长。那么，在1000倍的规模上施加类似的应变场，是否同样可以引导石墨烯或其他二维材料中自发形成裂缝，从而产生可扩展的纳米制造方法，以用于生产能够进行复杂装置操作的新型电子胶体呢?

自动穿孔技术：

研究人员在聚合物表面生长一种二维材料，然后喷墨印刷在二维材料表面构建聚合物墨水和纳米材料的复合物阵列。接着将另一种二维材料包裹在阵列表面，形成三明治结构。最后，通过高温退火和应变控制剥离基底，研究人员得到了两种二维材料包裹的聚合物纳米复合材料。

通过改变不同的纳米材料，以及不同的二维包裹材料，研究人员可以实现各种各样的多功能集成。

图2. 剥离后的微粒表征

自动穿孔原理：

根据经验，二维晶格内的环形应力分布可以通过两个连续过程引入：1）基于模具的折叠；2）溶剂驱动的剪切应变。初始环形应变是通过将二维材料嵌入到弹性聚合物上，然后贴合在相对刚性的基底上，其高斯曲率确保喷墨印刷得到盘形聚合物突起阵列，然后通过层压形成夹层结构。

当研究人员将夹层结构置于搅拌的溶剂中时，薄膜就会发生附加应变。石墨烯、二硫化钼和hBN等二维材料会在与模板交界处自动形成裂缝并剥离，然后形成具有Janus表面包裹的胶体微粒。

功能应用：

独特的结构赋予了这种材料独特的化学传感功能。通过表面修饰，这种材料在生物医药研究领域也将具有广阔的应用前景。如果在二维材料中引入一些传质通道，就更有意思了。

图3. 双层石墨烯包裹微粒的电学性质和忆阻特性

图4. G-PS-G微粒作为感知和记录环境信息的平台

总之，这项研究发展了一种全新的微纳制造技术，为二维材料和微纳米颗粒表面功能性集成提供了新的思路。

参考文献：

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