图 石墨烯基二维通道受限化学法。（A）微穹顶气凝胶制备过程；（B）碳化物烯陶气凝胶块体；（C）氧化物气凝胶卷材；（D）微穹顶结构胞元三维光学图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52090031、52090030、52122301、52272046）等资助下，浙江大学高分子科学与工程学系高超教授团队在气凝胶材料研究中取得进展，相关研究成果以“微穹顶结构气凝胶实现2273 K超高温超弹性（Dome-celled aerogels with ultrahigh-temperature superelasticity over 2273 K）”为题，于2025年7月18日在线发表于《科学》（Science）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adw5777。

　　气凝胶，一种轻质多孔材料，被誉为“固态烟雾”或“冻结的蓝烟”。然而，其发展与应用仍面临三大挑战：一是缺乏简便且通用的制备方法；二是微孔结构弹性不足；三是尚未突破超高温高弹材料的性能极限。为此，浙江大学高分子系高超教授团队经过长期探索与实践，提出了一种简便普适的氧化石墨烯基二维通道受限发泡法，首创新型微穹顶胞元结构，成功合成出数百种高弹性气凝胶。该团队与西安交通大学刘益伦教授团队合作，开展了穹顶结构的力学计算模拟。

　　该工作成功合成了一系列超轻的微穹顶胞元结构气凝胶，涵盖121种氧化物、38种碳化物和35种金属体系。基于二维层间受限反应及混合熵原则，实现了高熵材料组分的可控设计，其组分可调至含有多达30种元素的高熵态，极大扩展了气凝胶的种类。深入研究揭示，该类超轻气凝胶是由二维层状晶体以微穹顶几何胞元结构所构筑的一类新型材料，表现出超高的弹性压缩率（99%），在传感、催化和热管理等方面展现出优异的功能特性。这类新型烯陶气凝胶材料（即石墨烯与陶瓷原子级别的二维杂化），在宽温域范围内展现出优异的力学弹性，不仅在常温下可经受99%弹性应变的20,000次循环，而且在4.2 K的深冷环境至2273 K的超高温环境中仍保持99%的弹性应变性能。

　　该材料突破了陶瓷重结晶及碳材料石墨化失效温度极限，其中石墨烯显著抑制了二维陶瓷的高温重结晶过程，而二维陶瓷则有效防止了石墨烯片层的超高温滑移，从而解决了超轻材料的超高温弹性难题。此外，具有二维微穹顶结构的高熵气凝胶在隔热性能上同样展现出显著优势，这主要得益于二维各向异性热传输及高熵组分晶体效应。所制备的高熵氧化物气凝胶在室温下的导热率仅为13.4 mW/m×K（空气为26 mW/m×K），高熵碳化物烯陶气凝胶在1273 K时的导热率为53.4 mW/m×K，在2273 K时为171.1 mW/m×K，并在经历2273 K下100次热冲击后仍保持结构稳定，为极端温度环境下的热防护提供了新的材料选择。