MAX相断面自修复研究取得进展

随着微型化技术的不断进步，传感器、执行器及微机电系统中的关键组件正变得愈发小巧。一维纳米材料因其在构建高性能微/纳器件方面的基础作用而备受关注，但这类材料在使用期间若遭遇冲击或反复的机械负载，极易发生断裂。鉴于微型化与高度集成化的特点，一旦出现故障，维修将极为不便。因此，断面自修复能力对于提升此类器件的稳定性和持久性至关重要。

作为一类具备智能化特性的材料，自修复材料有助于减少设备故障率并降低维护费用。自上世纪七十年代起，科研人员已研发出多种自修复材料，其中多数为聚合物、水凝胶及其复合材料。然而，这些材料普遍存在制造成本高昂、修复周期较长、强度较低、耐热性差以及辐射稳定性不足等问题，这极大地制约了它们的实际推广。此外，针对陶瓷和金属材料的修复往往需要借助高温或机械应力等外界条件，而在某些特殊的工作环境下，这些条件可能无法满足，从而阻碍了其实际应用。

MAX相是一种由前过渡金属M、A族元素A和碳或氮组成的三元化合物，其化学式为Mn+1AXn（n从1到4）。这类材料因兼具M-X共价键与M-A金属键，并拥有独特的纳米层状结构，展现出卓越的抗辐射性、机械强度以及抗氧化和防腐蚀特性，在核能、航空航天以及海洋环境中展现出广阔的应用前景。不过，MAX相的c/a比值偏高且金属键相对较弱，这使得该材料在受力时容易沿特定晶面断裂，进而影响设备的整体可靠性。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的一项研究表明，Ti3AlC2 MAX相纳米线能够在常温条件下实现固有的高效自修复。通过透射电子显微镜下的原位定量拉伸测试发现，Ti3AlC2纳米线在断裂后经过5分钟的自修复，其断裂强度可回升至2.1 GPa，自修复效率达到36.2%；并且纳米线直径越小，其自修复效率越高。研究团队采用原子级表征手段配合第一性原理计算与分子动力学模拟，解析了这一过程背后的微观物理机理。该成果以《Ti3AlC2 MAX相纳米线的高效断面自修复》为标题，刊载于《先进功能材料》期刊上。

此外，研究者还基于对自修复机制的理解，提出了利用电子束辐照来提升断面自修复效率的新方法，并成功进行了验证。他们借助原子尺度的原位辐照技术，探讨了Ti3AlC2 MAX相在辐照作用下的效应及其对断面自修复过程的影响。这项工作以《通过辐照增强Ti3AlC2 MAX相的自修复效率》为题，发表在《纳米快报》杂志上。

本研究对于推动高安全性、长寿命微纳器件的发展具有重要意义，并为MAX相材料在极端条件下的应用开辟了新的方向。该项目得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等多个项目的资助支持。

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