石墨烯是典型的由sp2杂化碳原子构成的二维纳米材料，具有极为优越的力学、电学、热学、化学稳定性与物理隔绝性能。另一方面，石墨烯作为作为典型的二维材料，具有极强的各向异性。为了发挥其优异的物化性能，石墨烯的高效定向与致密组装是高强石墨烯薄膜、高能量密度储能材料、以及优异石墨烯基防腐涂层等石墨烯基宏观体构建与制备的关键。作为新型交叉领域，纳米材料的组装旨在研究纳米尺度下组装单元的基本物化特性以及分子间作用力对宏观结构及其性能的影响规律，进而认识在多尺度下空间固体结构的形成过程与流-固相互作用机制。因此，可以为材料科学、胶体科学以及连续介质力学的学科交叉与融合提供独特的研究平台。
针对上述问题，我校土木学院青年教师钟晶课题组展开了系统研究，取得了一系列创新性的研究成果。
首先，针对于限制石墨烯高分子防腐涂料性能提升的瓶颈问题，即石墨烯难以分散与空间分布难以控制等问题，钟晶课题组与华盛顿州立大学石鲜明教授课题组合作，首次提出了基于贝壳仿生结构的防腐策略。通过旋转法层层组装方法，制备了氧化石墨烯/环氧树脂复合涂层。由于石墨烯在该复合涂层内形成了平行致密堆叠结构，不仅完全避免了石墨烯的分散问题，而且可以完美阻隔氯离子等腐蚀介质的渗透，从而实现了只用常用涂层的25%厚度，就可以极大涂层的防腐效果。该研究成果发表在国际著名期刊《ACS Nano》上，哈工大为共同第一单位与通信单位。
其次，针对石墨烯难以大规模有效定向与致密组装问题，钟晶课题组与中科院金属研究所先进碳材料部合作，利用流体力学的基本原理，首次提出利用离心浇铸法在旋转过程中产生的离心力与剪切应力实现二维材料的高效大规模的高度定向及致密组装，实现了对石墨烯薄膜、石墨烯复合材料、氮化硼薄膜、二硫化钼薄膜以及异质结的高效制备，并展现出极为优越的性能。该研究成果发表在国际著名期刊《Nature Communications》上。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b05183
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05723-2
