研究人员在接近室温(从室温到 60°C)的条件下合成了块状范德华 (vdW) 材料，将其制造所需的能耗显着降低了至少一个数量级。

块状 vdW 材料是研究的一个重要焦点，因为它们是通过弱 vdW 力而不是强共价键或金属键结合在一起的。该研究发表在《自然材料》杂志上。

此前，块状 vdW 材料，例如石墨和六方氮化硼，只能在非常高的温度(>1,000°C)下合成。在这项研究中，不是在如此高的温度下直接烧结石墨或氮化硼颗粒，而是将颗粒剥离成二维(2D)纳米片，能耗非常低。随后，采用 45°C(甚至室温)下的成型工艺将这些纳米片转化为机械坚固的块状 vdW 材料。

该方法适用于多种二维材料，包括 MXene 和过渡金属二硫属化物。其较低的制造温度还允许进行表面压印和原位成型，而由于热引起的收缩和膨胀，这对高温烧结具有挑战性。此外，无添加剂的 vdW 材料有利于基于二维材料的聚合物复合材料无法实现的高温应用。

这一结果主要源于 vdW 相互作用，为制造的散装材料提供了高机械强度。激活 vdW 相互作用不需要高温，而是需要相邻纳米片之间的纳米或亚纳米接触。二维纳米片的薄度和柔韧性使其易于移动和变形，有利于形成紧密接触。

此外，研究人员发现，吸附在纳米片上的水是一种强大的“烧结助剂”，可以润滑纳米片以实现良好的排列。然后，由于纳米约束效应，受限水从纳米片中解吸并从材料中逸出，从而关闭毛细管，从而激活 vdW 相互作用，形成致密的、坚固的块状 vdW 材料。

“该工艺简化了制造过程，降低了与批量 vdW 材料生产相关的高能耗，提供了可扩展性，并且还可以引入 vdW 材料设计的创新方法，例如混合各种 2D 材料，特别是那些在高加工温度下不稳定的材料，”苏阳教授，清华大学深圳国际研究生院研究员、文章通讯作者。

“这项研究表明通过纳米材料的利用对传统材料加工方法进行了革命，”SIAT的程惠明教授说。

该团队包括来自中国科学院深圳先进技术研究院、清华大学深圳国际研究生院、中国科学院金属研究所、中国科学技术大学的研究人员。