珍珠母、鱼鳞等天然材料之所以能够兼具高强度、高模量和优异韧性，一个重要原因在于内部无机片层具有高度有序的层状排列。沿着这一思路，将石墨烯氧化物、MXene、黏土等二维纳米片定向组装到聚合物中，一直是构筑高性能仿生复合材料的重要路线。然而，从“二维纳米片能够增强聚合物”到真正制备出宏观尺度、高度取向且可连续加工的材料，中间仍隔着一道难题：传统真空抽滤、逐层组装和溶液浇铸等方法，要么效率和规模受限，要么在成膜过程中容易受到布朗运动、团聚和结构松弛影响，使原本排好的纳米片重新“乱掉”。如何同时兼顾纳米尺度取向精度与宏观连续制造能力，成为二维纳米复合材料走向规模化应用的关键挑战。近日，北京航空航天大学刘明杰教授联合李景教授发表综述文章，系统总结并标准化了团队近年来发展的“超铺展—剪切取向—原位锁定”二维纳米片组装技术。该方法利用液滴在超亲水界面上的快速超铺展，将界面能自发转化为强烈且具有方向性的剪切流，使二维纳米片快速取向；随后通过离子交联或聚合物界面结晶将这一瞬时有序结构“锁住”，最终获得取向参数超过0.85的大面积复合薄膜。该技术可拓展至GO、MXene、过渡金属硫属化物和层状黏土等多种二维材料，并可进一步与连续挤出设备结合。此前团队在2020年发表于 Nature 的工作中已利用这一策略获得拉伸强度高达 1215 ± 80 MPa、杨氏模量 198.8 ± 6.5 GPa 的仿生层状复合材料（Nature volume 580, pages210–215 (2020)）；此工作则进一步将其变成一套可复现、可迁移、可放大的完整方法学。相关成果以“Shear-flow-induced assembly of 2D nanosheets for the fabrication of composite films with high tensile strength”为题发表在《Nature Protocols》上，Chaojun Zhang, Zhewei Yan.为共同第一作者。
图8： PVDF-VSe₂复合膜的结构演化。展示VSe₂含量对取向度的影响，以及溶剂蒸发过程中PVDF-VSe₂体系的原位XRD结晶和取向过程。总体来看，这项综述将团队过去数年围绕超铺展界面组装建立的一系列研究，整理成了一套从流体剪切取向、界面原位锁定到连续化制造的通用技术框架。它最大的价值并不只是刷新某一个力学性能数字，而是尝试解决二维纳米复合材料长期存在的一个矛盾：微观结构越精细，制造往往越复杂；加工规模越大，又越容易牺牲取向和界面质量。超铺展提供了一种借助界面自身能量完成快速有序组装的思路。不过作者也指出，目前该方法对溶液黏度和铺展动力学仍较敏感，高黏体系和更复杂固化化学仍需进一步探索，工业级放大也处于早期阶段。未来如果能够进一步实现对铺展流场、交联/结晶动力学和在线工艺参数的定量控制，这种“让二维纳米片在流动中自动排队”的方法，有望从高强仿生结构材料进一步延伸至分离膜、储能器件、柔性电子和多物理场传感等领域。
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