氣凝膠以其高孔隙率和極低密度而聞名，可以由多種材料制成，但在極端熱機械條件下受到結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的限制。

2025年7月17日，浙江大學高超、劉英軍、許震共同通訊在Science在線發(fā)表題為“Dome-celled aerogels with ultrahigh-temperature superelasticity over 2273 K”的研究論文，該研究報告了194種圓頂細胞超輕氣凝膠，它們通過二維通道限制化學方法實現(xiàn)了從4.2開爾文（K）到2273 K的優(yōu)異彈性。

這種氣凝膠在99%應變下表現(xiàn)出20000次循環(huán)的超彈性，在2273 K下表現(xiàn)出100次循環(huán)的抗熱震性。高熵碳化物氣凝膠在1273 K時的導熱系數(shù)為53.4 mW·m-1·K-1，在2273 K時為171.1 mW·m-1·K-1。溫度不變彈性和化學多樣性的結(jié)合使這種氣凝膠在從隔熱工業(yè)到深空探索的極端熱力學方面極具前景。

氣凝膠已成為一個重要的材料家族，具有高孔隙率和低密度的特點，在空間探索、傳感、熱管理和化學催化方面具有廣泛的應用。使用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法逐步合成了各種氣凝膠，包括金屬、氧化物、硫族化合物、碳化物、碳、有機物和多元化合物。然而，由于其固有的弱零維顆粒連接，大多數(shù)溶膠-凝膠氣凝膠往往表現(xiàn)出機械脆性和較差的彈性。

為了克服氣凝膠的固有弱點，已經(jīng)開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)的幾何設計，以在高孔隙率下實現(xiàn)出色的機械彈性，通常是通過交織一維纖維或納米管，將二維（2D）納米片組裝成蜂窩和拱形細胞結(jié)構(gòu)，以及形成宏觀雙曲線元圖案。盡管取得了這些進展，但由于高溫下不穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)和大機械變形下的結(jié)構(gòu)脆弱性，氣凝膠在極端熱和機械條件下保持熱機械穩(wěn)定性仍然面臨挑戰(zhàn)。

基于石墨烯的二維通道—穹頂細胞氣凝膠的受限化學（圖源自Science）

該研究利用全新的氣凝膠構(gòu)筑方法—氧化石墨烯基二維通道受限發(fā)泡法，成功制備出具有微穹頂結(jié)構(gòu)的高彈氣凝膠，其耐熱能力突破了2000 ℃（2273 K）大關，在反復擠壓下依然保持輕盈高彈、性能穩(wěn)定，有望在深空探測器、超音速飛行器、核聚變裝置中提供熱防護。

參考信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw5777