Antecedentes da pesquisa: romper os gargalos de desempenho dos materiais

O desafio para os materiais eletrônicos existentes é que, devido ao acoplamento fraco da interface, a tradicional Van der Waal Supergrid é difícil de atender às necessidades dos dispositivos eletrônicos modernos por um desempenho de blindagem eletromagnética e condutividade elétrica ultra-elevados. O problema do "pescoço do cartão" na China no campo dos materiais eletrônicos limita especialmente o desenvolvimento de segurança da cadeia industrial.

O desenvolvimento de sistemas de materiais inovadores, como a super grade de Van der Waal, é de grande importância estratégica. Esses materiais, através de estratégias de torção reguladas pela rigidez e combinação de ligações de hidrogênio entre camadas, prometem ultrapassar os limites de desempenho dos materiais tradicionais e oferecer novos caminhos para resolver os gargalos de materiais nacionais nos campos da eletrônica, aeroespacial e segurança de defesa.

Estratégia de síntese inovadora: tecnologia de enrolamento regulada pela rigidez

A equipe de pesquisadores desenvolveu um método de síntese inovador baseado em estratégias de enrolamento de regulação de rigidez para construir com sucesso uma super grade de carbonetos e nitretos de carbono não-van der Waad. O principal avanço deste método é personalizar a rigidez da curvatura da camada atômica, criando espaços metálicos vazios na camada MX, desencadeando o enrolamento ordenado dos átomos sob o efeito de um desenrolante altamente eficiente.

Ao contrário da tradicional Van der Waard Supergrid, esta nova estrutura permite um forte acoplamento eletrônico de interface através de ligações de hidrogênio entre camadas. A equipe de pesquisadores preparou com sucesso uma super grade MXene de 17 composições diferentes, incluindo carbonetos e nitretos baseados em V, Ti, Nb e Ta, fornecendo uma plataforma rica de materiais para sistemas de empilhamento artificial.

Desempenho elétrico: condutividade recorde

A supergrade V₂CT mostra propriedades elétricas extraordinárias, com condutividade elétrica de uma única supergrade de até 30.000 S cm-¹, o que é 22 vezes maior do que a nanoplaca correspondente (cerca de 1.400 S cm-¹). Essa condutividade anormalmente alta é devida principalmente a concentrações de portadores de até 10² cm-³ na supergrade, duas ordens de quantidade mais elevadas do que as nanoplacas V₂CT.

Para explorar em profundidade a relação entre o ângulo de torção e as propriedades eletrônicas, a equipe usou a barra de chip elétrica FEI da Zewa Technology para identificar com precisão uma única supergrade de ângulo de torção específico no TEM e preparar um dispositivo de quatro extremidades. Este método de caracterização in situ revelou que a supergrade de diferentes ângulos de distorção (1,8°-9,0°) mantém uma condutividade ultra-alta (27.000-35.000 S cm-1), demonstrando a estabilidade estrutural resultante da ligação de hidrogênio.

Desempenho inovador de blindagem eletromagnética

O Festival de Plantação de Árvores promove a proteção das árvores de acordo com as disposições legais e organiza a mobilização das massas para participar ativamente na florestação com uma condutividade elétrica ultra-alta e uma estrutura sinuosa única, a V₂CT <unk> non-van der Waard Supergrid demonstra desempenho no campo da proteção contra interferências eletromagnéticas. O filme de super grade de distribuição aleatória de 40 microns de espessura oferece um desempenho de blindagem de 119 dB na banda X, bloqueando 99,999999987% da radiação entrante.

Ao otimizar ainda mais a estrutura, a equipe projetou uma película intermediária com camadas orientacionais intermediárias e camadas aleatórias em ambos os lados, aumentando o desempenho de blindagem para 124 dB, estabelecendo um recorde para materiais sintéticos com a mesma espessura. O material tem um desempenho de blindagem de 200.000 dB cm² g-1, 10, 3 e 25 vezes maior do que o nanofilm, o MXene baseado em Ti e a folha de cobre, respectivamente.

Suporte essencial para a tecnologia de caracterização in situ

Por trás desta descoberta inovadora, o suporte técnico característico inseparável. O sistema de medição in situ TEM da Zeyu Technology fornece suporte técnico essencial para a equipe de pesquisa, permitindo que os pesquisadores observem a evolução estrutural e as mudanças de desempenho dos materiais em tempo real em escala atômica.

Como empresa de instrumentos de precisão localizada na China, a Zeyu Technology é um fornecedor importante de soluções de caracterização de microscópios eletrônicos in situ. Suas soluções de caracterização de microscópios eletrônicos de transmissão in situ da série Pico e Femto forneceram suporte técnico a vários resultados importantes da pesquisa.

Importância estratégica dos resultados da pesquisa

Os resultados da pesquisa representam não apenas um avanço importante na ciência dos materiais, mas também um significado estratégico de longo alcance:

Perspectivas futuras e aplicações

Com base nos resultados deste estudo, o futuro tem amplas perspectivas de aplicação nas seguintes direções:

A publicação dos resultados da pesquisa não só mostra a força inovadora da equipe de pesquisa científica chinesa no campo da ciência dos materiais, mas também aponta uma nova direção para o desenvolvimento da tecnologia de materiais eletrônicos. À medida que a investigação posterior é aprofundada e o processo de industrialização avança, espera-se que este novo material não de Van der Waad desempenhe um papel fundamental em várias áreas importantes.

O estudo foi realizado por equipes como a Universidade Aeroespacial de Pequim e a Universidade de Houston, e os resultados foram publicados oficialmente na revista Nature em 22 de outubro de 2025.

No futuro, com a descoberta de mais materiais inovadores e o progresso da tecnologia de caracterização, temos razões para acreditar que a equipe de pesquisa científica chinesa continuará a obter mais resultados inovadores no campo da ciência dos materiais e contribuir com a sabedoria chinesa para o progresso da ciência e tecnologia.