01研究背景

近十年来，二维材料气凝胶逐渐发展成为一类新型材料，突破了气凝胶材料的诸多性能极限，在热管理、电磁管理、环境等领域展现出优异的应用潜力。在已有的冷冻干燥方法之外，打通二维材料气凝胶的高效快速制备方法是实现其广泛应用的必经之路。经典的聚苯乙烯热塑性发泡材料给二维材料气凝胶材料的制备提供了一个理想的范本。在前期溶塑发泡基础上（Sci. Adv., 2020, 6, eabd4045；Adv. Mater., 2024, 37, 2417462）,团队进一步提出无溶剂热塑性发泡法，实现了媲美于聚合物热塑发泡的简便普适制备思路，制备了超弹性的石墨烯等二维材料气凝胶。

02成果简介

浙江大学高分子系高超教授、许震长聘副教授、庞凯专职研究员团队报道了一种基于聚合物插层的无溶剂热塑性发泡（TPF）技术，首次实现二维材料气凝胶的快速热发泡制备。插层热塑性聚合物是氧化石墨烯（GO）复合固体实现从刚性到塑性热诱导转变的基础，进而为内部发泡剂膨胀提供了足够的运动空间。通过精确调节发泡剂含量和发泡温度等关键参数，实现了对孔径（50-85 μm）、孔壁厚度(0.4-8.4μm)和密度(70-840 mg/cm3)的精确调控；所制备石墨烯气凝胶材料展现出超弹性（>95%应变）、高导电及高导热等优异性能。该工作进一步证实了该方法具有优越的普适性，可拓展应用于MXene、蒙脱土（MMT）和氮化硼（BN）等高弹性二维材料气凝胶的制备，同时兼容大尺寸材料成型与3D打印等工艺。这项研究为轻质多孔气凝胶材料的工业化应用提供了一种简便、无毒、快速且低成本的通用解决方法。相关成果以“Solvent-free Thermoplastic Foaming for Superelastic Graphene Monoliths”为题发表于国际期刊《Nature Communications》（DOI：
10.1038/s41467-025-61123-3）。浙江大学大学高分子系博士生李泽莘 （已毕业），硕士生李晓彤为论文共同第一作者，高超教授、许震长聘副教授、庞凯专职研究员为论文通讯作者。

03图文导读

图1. 热塑性发泡石墨烯气凝胶的制备机理与结构演变

图2. 石墨烯基热塑性发泡材料的层间塑化机理

图3. 气泡形成机制与结构调控

图4. TPF法制备的石墨烯气凝胶材料的力学性能表征

图5. TPF方法的形状与材料普适性

04基金致谢

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江大学“百人计划”、中央高校基本科研业务费专项资金、山西浙大新材料与化工研究院项目经费专项资金等经费的支持。

来源：纳米高分子高超课题组