用离子自扩散让纳米颗粒聚集体“热塑成型”

纳米颗粒（如碳纳米管、MXene、纤维素纳米纤维CNF）本身性能优异，但它们紧密堆积形成的团聚体通常没有热塑性——即不能像塑料那样受热软化、塑形。现有制备方法只能靠干燥稀释分散液，得到很薄的片材或细丝，限制了实际应用。本研究提出一种创新策略：以可持续来源的木浆CNF为原料，先用TEMPO氧化法在其表面特异性引入羧基（-COOH），再与两种大体积有机阳离子（N8888⁺或P8888⁺）配对形成离子对。这些阳离子就像‘分子润滑剂’，被精准锚定在CNF颗粒之间的界面处。当加热到约100°C以上时，它们在界面间自发扩散，使原本刚硬的CNF团聚体整体变软、可流动，从而实现热压成透明片材、三维热压成型、定点热封封装、多层热压复合等典型热塑加工操作。实验证明，含P8888⁺的CNF材料效果更优，因其磷原子比氮原子半径更大、离子键更弱，阳离子更易移动；其热膨胀系数（CTE）在高温段跃升近50倍，离子电导率提升超千倍，均证实了界面离子自扩散机制。该材料在常温下仍保持高强度（68 MPa）和低热膨胀（约14 ppm/K），优于多数塑料，且遇水不溃散——浸泡24小时后强度仍有20 MPa，相当于聚乙烯水平。此外，该策略成功拓展至氧化石墨烯（GO）等二维碳纳米材料，证明其具有普适性。这项工作首次实现了纯纳米颗粒干粉的直接热塑加工，无需添加石油基树脂，为绿色高性能材料开辟了新路径。