MAX相斷面自修復研究取得進展

　　隨著微型化技術的不斷發展，傳感器、驅動器和微機電系統等設備中集成的關鍵零部件越來越小，一維納米材料被認為是構筑高性能微/納器件的基本單元，然而，小尺寸的一維納米材料在服役過程中受到沖擊或頻繁機械加載/卸載很容易發生斷裂，由于微型化和高集成，維修極其困難。斷面自修復在提高相關器件的可靠性和使用壽命方面發揮著重要作用。

　　作為一種智能材料，自修復材料能夠降低相關設備損壞概率和維護成本。自20世紀70年代以來，科學家們已經設計和制備了眾多自修復材料，其中大多數是聚合物、水凝膠及其復合材料，但這些自修復材料的制備成本高、修復時間長、強度低、耐高溫性差、耐輻射性低，難以獲得廣泛應用。而對于陶瓷和金屬材料的修復通常需要高溫或機械加載等外部刺激，這些外部刺激在某些特定的服役環境中難以施加，限制了其實際應用。

　　MAX相是一類具有Mn+1AXn化學式的三元化合物（其中n從1到4變化，M是前過渡金屬，A是A族元素，X是碳或氮）。由于M-X共價鍵和M-A金屬鍵共存以及獨特的納米層狀結構，MAX相具有優異的抗輻照性能、機械性能以及抗氧化和耐腐蝕性能，因而在核能和航天領域以及海洋環境中具有巨大的應用潛力。但MAX相的c/a比值較高且金屬鍵較弱，這類材料的晶體易沿著特定晶面斷裂，從而嚴重降低了相關設備的可靠性。

　　近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所報告了在室溫下Ti3AlC2 MAX相納米線固有且高效的自修復現象。透射電鏡原位定量拉伸實驗表明，Ti3AlC2納米線斷面自修復5分鐘后，其斷裂強度能夠恢復至2.1 GPa，自修復效率可達36.2%，且直徑越小，自修復效率越高。研究通過原子尺度表征結合第一性原理計算和分子動力學模擬揭示了其微觀物理機制。相關研究成果以Highly Efficient Self-Healing of Fractured Ti3AlC2 MAX Phase Nanowires為題，發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

　　同時，研究人員根據對自修復的理解，率先提出利用電子束輻照進一步增強斷面自修復效率的策略并加以驗證，同時通過原子尺度原位輻照技術揭示了Ti3AlC2 MAX相輻照效應及其對斷面自修復的影響機制。相關研究成果以Enhancing the Self-Healing Efficiency of Ti3AlC2 MAX Phase via Irradiation為題，發表在《納米快報》（Nano Letters）上。

　　研究對開發高安全、長壽命微納器件具有重要價值，為MAX相在極端環境下的應用提供了新思路。研究工作得到國家自然科學基金、中國博士后科學基金面上項目等的支持。