2021年2月4日，《Nature Materials》以在线全文Article的形式发表了我校化学学院江雷院士团队程群峰教授课题组与美国德克萨斯大学达拉斯分校Ray H. Baughman院士团队在仿生高性能石墨烯薄膜方面的最新研究成果“High-strength scalable graphene sheets by freezing stretch-induced alignment”。北航卓百博士后万思杰博士、陈英博士、房少立教授为第一作者，Ray H. Baughman院士和程群峰教授为通讯作者，北京航空航天大学化学学院为第一完成单位。

       石墨烯具有优异的力学和电学性能，是构筑面向未来先进航空飞行器的结构功能一体化零部件（如小型无人机的蒙皮）的理想基元材料。因此，如何将石墨烯纳米片组装成宏观高性能纳米复合材料是目前该领域的巨大挑战。主要存在的关键科学问题：（1）石墨烯纳米片的褶皱结构和不规整堆积排列；（2）石墨烯层间较弱的界面相互作用。
        鉴于此，程群峰教授课题组和Ray H. Baughman院士团队提出了外力牵引下有序界面交联的新型组装策略，揭示了界面交联“冻结”外力牵引诱导取向结构的科学原理，解决了石墨烯纳米片组装过程中的两个关键科学问题，制备了高强度高导电的石墨烯薄膜。这种新型构筑策略为其他二维纳米片的宏观组装提供了新的研究思路。
        该工作得到中科院院士江雷教授的指导，北京大学口腔医学院陈英博士、清华大学王识君博士和徐志平教授以及美国德克萨斯大学达拉斯分校房少立教授和Ray H. Baughman院士的大力合作和帮助，部分模拟计算得到北航高性能计算中心的大力支持。研究工作得到国家自然科学基金优秀青年基金（51522301）、面上项目（22075009，21875010）、牛顿高级学者基金（519611303088）、青年基金（52003011）、牛顿高级学者基金（519611303088，NAF\R1\191235）、北京市杰出青年基金（JQ19006）、中国博士后创新人才支持计划（BX20200038）、中国博士后面上基金（2019M660387）、江门市创新实践博士后研究课题、中国科协优秀中外青年交流计划、北航青年拔尖人才计划、青年科学家团队、北航卓百博士后计划、生物医学工程高精尖中心、以及111引智计划（B14009）等项目的资助。
       该论文的原文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-020-00892-2
       程群峰课题组网站链接：http://chengresearch.net/zh/home-cn/

北京航空航天大学程群峰教授课题组基于以MXene对rGO进行功能化改性，在1-氨基芘-二琥珀酰亚胺基辛酸酯（AD）交联后，制备出机械性能好、导电性高的氧化石墨烯材料MrGO-AD：韧性高达42.7 MJ·m-3，破坏应变为12.0％，抗拉强度更是达到了699.1 MPa，电导率提高到了1329.0 S·cm-1。他们利用MrGO-AD组装成了柔性超级电容器，其体积能量密度达到13.0 mWh·cm-3，经过17,000次的180°弯曲后，电容的容量保持率依然高达98％，表现出优异的柔韧性。

为了提高rGO的柔韧性，北京航空航天大学程群峰教授课题组以MXene对rGO进行功能化，并通过AD对rGO进行交联制备出MrGO-AD材料，显著提高了材料的柔韧性和导电性：拉伸强度为699.1±30.6 MPa，破坏应变为12.0±0.7％，韧性则高达42.7±3.4 MJ·m-3，拉伸强度和韧性分别是rGO的4.2和17.8倍；rGO的电导率仅为335.8 S·cm-1，MrGO-AD的则增加到1329.0±15.9 S·cm-1，提高了近4倍。基于分子动力学模拟，研究者认为MrGO-AD存在协同增韧机理：MXene片层之间的滑动有利于塑性变形的发生，AD分子与rGO之间的π-π桥接相互作用、MXene纳米片与rGO之间的Ti-O-C共价键合作用都会阻碍裂纹的增长。将这种材料制作成超级电容器后，表现出优异的电化学性能：在20,000次循环后容量保持率为100％，在17,000次弯曲后容量仅降低了2％，容量保持率高达98％。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-15991-6

2019国际(地区)合作与交流项目-受骨骼启发的多级次梯度纳米复合材料的仿生构筑
批准号        51961130388        
学科分类        纳米复合 ( E030703 )
项目负责人        程群峰        
依托单位        北京航空航天大学
资助金额        50.00万元        
项目类别        国际(地区)合作与交流项目        
研究期限        2019 年 01 月 01 日 至2022 年 12 月 31 日

北京航空航天大学程群峰教授团队提出了以质量分数约为99%有机环氧基树脂为基体，与天然珍珠层(质量分数约为96%无机文石片)相反的反向仿珍珠层的环氧-石墨烯纳米复合材料。本课题采用冰模板工艺制备石墨烯基层状骨架，然后将环氧树脂渗透到骨架内，得到层状纳米复合材料。其中，石墨烯骨架仅占整体质量分数的0.73%左右，但其断裂韧性提高到约2.53 MPa m1/2，是纯环氧树脂的约3.6倍。反向仿珍珠层层状环氧-石墨烯纳米复合材料具有良好的断裂韧性，可以实现传统环氧-石墨烯纳米复合材料的应用。此外，由于石墨烯基支架的导电性，反向仿珍珠层层状环氧-石墨烯纳米复合材料具有自监测功能，可以通过电阻的变化检测裂纹的扩展。引入反向仿珍珠层层状结构的策略可以启发未来纳米复合材料的设计，使其具有更高的安全性和自我监控能力。可应用于飞机的不同部件，包括骨架、面板、机身等。另外，自我监控功能也使这些零件更加安全，避免了关键部位的灾难性故障。本工作以Inverse Nacre-like Epoxy-Graphene Layered Nanocomposites with Integration of High Toughness and Self-Monitoring为题，发表在《Matter》上。

2018自然科学基金面上项目-仿生构筑多级次非均相梯度纳米复合材料
批准号        21875010        学科分类        ( B050503 )
负责人        程群峰        职称                单位名称        北京航空航天大学
资助金额        65万元        项目类别        面上项目        起止年月        2019年01月01日 至 2022年12月31日