近年来，材料科学和纳米科学领域一直在探索将纳米粒子组装成宏观材料的重要课题。这一领域的研究旨在通过整合单个纳米粒子的光学、电学和力学性质，创造出功能多样的新材料。目前，人们已经成功地利用不同尺寸、形状和组成的纳米粒子，以及纳米粒子之间的相互作用，构建了各种宏观材料，如凝胶、干凝胶、超晶格、光子晶体、胶体液晶和玻璃态材料等。这些由纳米粒子组装而成的宏观材料在催化、储能、电子科学和生物医学等领域取得了广泛应用。

然而，由纳米粒子组装而成的宏观材料在一些方面存在一定的缺陷，如脆性大、缺乏柔性和机械性质差等。这些限制阻碍了利用不同功能的纳米粒子制备坚固的宏观器件。为改善这些材料的力学性能，人们通常使用共价或非共价交联相互作用，但这些材料常常面临不可回收和不可持续的劣势。

为了解决这一问题，吉林大学教授李云峰课题组开发了一种新型薄膜材料，该薄膜由脲基嘧啶酮（UPy）基团修饰的碳点自组装而成。在研究初期，他们通过查阅文献，选择了合适的碳点和后修饰基团。随后，课题组进行了UPy修饰碳点的合成和提纯工作，并对材料进行了表征。接着，他们开始制备宏观材料，对膜材料的形貌和溶剂稳定性进行了表征，同时测试了材料的机械性质。

通过调节UPy基团的修饰量，课题组成功地调控了碳点之间的相互作用力。这使得薄膜不仅继承了碳点的荧光性质，还实现了荧光颜色可调。更为重要的是，这种薄膜表现出自愈性、可回收、力学优异、耐溶剂性等优异性能。经过多次循环利用后，薄膜仍能基本保持原有的机械性能。分子动力学模拟结果显示，薄膜的力学性能取决于粒子间和粒子内氢键的相互作用。通过环保的水塑法，薄膜还能被加工成各种形状。

总体而言，吉林大学的研究团队通过分子动力学方法成功解释了碳点内和碳点间氢键与材料的应力应变特性之间的关系。相较于传统的纳米粒子组装宏观材料，这种薄膜不仅克服了易碎、缺乏柔性、机械性质差等限制，还展现出了可回收性和环保性。相关论文以《将碳点可重铸成机械坚固的宏观材料》为题发表在《Nature Communications》上，吉林大学博士生隋博文和副教授朱有亮是共同一作，教授李云峰为通讯作者。

未来，该课题组希望丰富碳点自组装宏观材料的种类，以制备功能更加多样的碳点自组装宏观材料，进一步发展相关材料的功能，为研发更多创新材料，服务人类生产生活提供新的途径。这项研究的方法和薄膜材料有望在生物材料、光学涂层、柔性传感器和软体机器人等领域得到广泛应用。