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二维纳米片在宏观尺度上可控组装为功能化有序结构，是材料科学领域的一项核心挑战。其内在的重新堆叠趋势往往形成致密无序的薄膜，严重限制了在催化、储能等依赖定向传输的应用中的潜力。原子级薄纳米片的取向排列一直是主要障碍，以往多归因于热运动的影响，而本研究揭示其根源在于占主导地位的多体范德华相互作用所形成的深动力学势阱。在此，我们通过一种低场强（<50 mT）磁控策略突破了这一限制，实现了可预测的结构调控。我们建立了参数匹配模型，用以解析复杂的能量势垒图谱，将组装过程转化为理性设计框架。该技术使我们能够构筑垂直排列、双向有序的MXene结构等功能架构，构建出具有超低迂曲度的离子超快传输通道。作为示范，经工程化设计的MXene电极在超级电容器和钠离子电池中展现出卓越的倍率性能。这项研究为二维材料的架构设计提供了普适性、可扩展的平台，在定向传输至关重要的应用领域释放了其潜在价值。

创新点

1.本研究突破了传统将二维纳米片无序堆叠归咎于热运动的认知局限，首次揭示其深层动力学机制源于多体范德华相互作用形成的深势阱，这一本质原因的发现为结构调控提供了全新理论切入点。

2.通过开发低场强磁控策略，在低于50 mT的微弱磁场下实现了对纳米片取向的精确操控，该方法以极小能耗克服了巨大的动力学势垒，将以往难以实现的垂直排列与双向有序结构变为可能。

3.构建了参数匹配模型以解析复杂能量势垒图谱，将看似不可控的组装过程转化为可预测、可理性设计的工程框架，从而实现了从微观相互作用到宏观有序结构的精准桥梁搭建。

思路延伸

1.此磁控策略可扩展至其他具备各向异性或可功能化修饰的二维材料，如石墨烯、二硫化钼等，探索其在多维序构上的普适性组装规律与性能演变。

2.可进一步研究外场协同调控，如结合电场、流场或界面张力，实现更复杂的多级次、多维度有序结构的可编程化构筑。3.将有序结构从薄膜延伸至三维块体或柔性器件，并探索其在光电转换、选择性分离或智能传感等依赖定向传输的新兴领域中的性能边界与机制创新。

原文链接

Sculpting 2D Nanosheet Architectures via Predictive Low-Field Magnetic Alignment

Pub Date : 2025-12-31

DOI: 10.1002/aenm.202506366

Yubing Li,  Shuaikai Xu,  Dan Huang,  Zhiqun Tian,  Tangming Mo,  Yuanhao Wang,  Ya Yang