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  标题：石墨烯 浙江大学高明团队最新Science 微穹顶结构气凝胶-2273K可重复紧缩99%

  气凝胶，一种轻质多孔资料，被誉为“固态烟雾”或“冻住的蓝烟”。自1931年美国Kistler创始溶胶-凝胶制备法以来，气凝胶的高孔隙率、超低密度及高隔热特性，使其成为深空探测器、超音速飞行器、核聚变设备等热防护抱负候选资料。2021年，气凝胶被《科学》杂志评为“改动国际的十大新资料之首”。常见工业产品为二氧化硅气凝胶粉体，通过与玻璃纤维、聚合物等复合，可加工为棉毡、板材等形状，首要运用在于修建及管道保温、新能源电池隔热防火等范畴。但是，气凝胶的开展与使用仍面对许多难题：一是简洁且通用的制备办法，传统办法（如冷冻干燥、超临界二氧化碳法）能耗高、功率低、标准受限，且所制备的物质组分有限，杂乱高熵系统难以企及；二是微胞元结构的合理构建，处理陶瓷气凝胶弹性差（循环紧缩应变一般低于70%）的难题；三是极点温域下的功用打破，超轻资料在超高温（1600℃）环境下的高弹性紧缩仍属“无人区”。

  为此，浙江大学高分子系高明教授团队通过长时间探究与实践，提出一种简洁普适的氧化石墨烯基二维通道受限发泡法，创始新式微穹顶胞元结构，组成出数百种高弹性气凝胶，与西安交通大学刘益伦教授团队协作进行了穹顶结构力学核算模仿。相关研讨成果以“Dome-celled aerogels with ultra-high-temperature superelasticity over 2273 K”为题，发表于Science（10.1126/science.adw5777）。浙江大学专职研讨员庞凯、博士生夏雨星、博士后刘晓婷（已出站）及西安交通大学博士生童文浩为论文的一起榜首作者，高明、许震及刘英军为论文一起通讯作者，浙江大学是仅有通讯单位。

  本文报导了一种普适的二维通道受限发泡制备办法。因氧化石墨烯丰厚的含氧功用基团、单层原子级厚度及规模化生产才能，优选其作为二维通道前驱体完结金属盐离子的高效捕捉，其间氧化石墨烯基团螯协作用及二维片层隔绝效应可有很大作用防备层间金属离子反响进程中的脱出；经常温常压发泡，构成微穹顶孔结构，其间球形气泡的层间成核与成长是气凝胶内部构成微穹顶胞元结构的要害；经加热或复原转化，完结了金属、氧化物、碳化物等及其与石墨烯的二维杂化气凝胶的普适性组成。整个制备进程，不再需求冷冻干燥等传统成孔办法，简洁、高效，可接连制备多形状气凝胶。

  穹顶结构常见于生物体和修建工程中，以其杰出的承载才能和机械安稳性著称，本文初次将微穹顶结构引进气凝胶中。有限元分析标明，穹顶结构不行展曲面特性会构成丰厚的可恢复褶皱以存储弹性应变能，其弹性应变能存储才能至少是传统蜂窝结构和拱形结构的10倍，是完结高弹性气凝胶的抱负微观基元结构。这一结构代表了多孔资料范畴全新的曲率规划理念，为新资料创制和新物理现象探究供给了新范式。

  本文成功组成了一系列超轻的微穹顶胞元结构气凝胶，包括121种氧化物、38种碳化物及35种金属系统，根据二维层间受限反响及混合熵准则，完结了高熵资料组分的可控规划，其组分可调至含有多达30种元素的高熵态，大大扩展了气凝胶品种。研讨深化提醒了该类超轻气凝胶是由二维层状晶体以微穹顶几许胞元结构所构筑的一类新式资料，表现出超高的弹性紧缩率（99%），在传感、催化和热办理等方面展现出优异的功用特性。

  本文发明晰一类新式烯陶气凝胶资料，即石墨烯与陶瓷原子等级的二维杂化，提醒了烯陶气凝胶在宽温域规模具有杰出的力学弹性，不只常温下99%弹性应变20,000次循环，并且在4.2K深冷至2273K超高温环境中仍坚持99%弹性应变的优异功用。打破陶瓷重结晶及碳资料石墨化失效温度极限，石墨烯明显按捺了二维陶瓷的高温重结晶进程，一起二维陶瓷有很大作用防备了石墨烯片层的超高温滑移，答复了超轻资料的超高温弹性问题。

  本文发现二维微穹顶结构的高熵气凝胶在隔热功用上展现出明显优势，首要归因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室温下导热率仅有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时为53.4 mW/m·K，在2273 K时为171.1 mW/m·K，且在2273K的重复热冲击100次保持结构安稳，为极点温度环境下的热防护供给了新的资料挑选。

  高明团队长时间致力于石墨烯气凝胶资料的研讨，一向在改善制备办法，探究多功用使用。如，早在2013年，在《先进资料》报导了最轻固体资料——石墨烯碳气凝胶；2020年在《科学开展》报导了一种溶剂塑化发泡办法接连化批量制备石墨烯气凝胶。团队十多年来一向考虑怎么样完结高弹性气凝胶资料系统的快速规模化制备，历经五年完结本文研讨拖延。

  该研讨为气凝胶开展构建了宽广的资料渠道，包括从单一组分到高熵组分，从导电金属到绝缘陶瓷，从通明、是非到五颜六色等多种系统。团队信任，二维受限发泡法将敞开很多不知道的多孔资料国际，其更多优异功用及使用场景有待进一步探究。

  该拖延得到了国家自然科学基金委、国家要点研制方案、浙江省领雁方案、中心高校基金等项目的支撑。

  浙江大学纳米高分子课题组(简称纳高，缩写NP)，由高明教授领衔，有教授1名，特聘研讨员2名，副教授1名，专职研讨员2名，科研助理2名，高档研制工程师3名，博士后9名，工程师6名，博士生20名，硕士生20名，合计60余名成员。团队聚集氧化石墨烯，要点研讨其化学与物理、拼装与资料、器材与使用。