【化工装备十年大发展】2587-2025重大突破！浙大研发出弹性气凝胶：2000℃热不化

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浙大研发出弹性气凝胶：2000℃热不化


7月22日消息，近日，浙江大学高分子学系团队宣布研发出新型弹性气凝胶材料。


该材料能在2000℃的极端高温环境下保持结构稳定，同时具备优异的弹性恢复性能，这一突破为极端环境下的热防护技术开辟了新路径。

据了解，气凝胶作为已知最轻的固体材料之一，因纳米多孔结构而具有超强隔热性能，但传统气凝胶存在脆性大、高温下易碎裂的短板。

浙大团队采用了一种全新的气凝胶构筑方法——氧化石墨烯基二维通道受限发泡法。

传统气凝胶中的孔隙结构大多是有棱有角的，而这种构筑方法得到的气凝胶孔隙却是微米级的穹顶曲面。


该团队创造的“烯陶”气凝胶一半是陶瓷、一半是石墨烯，是两者在原子层面的二维杂化。

它不像普通陶瓷那样易碎，而是柔软Q弹；实验显示，烯陶气凝胶在宽温域范围具有突出的力学弹性。

它不仅常温下能被反复压缩，而且在4.2K（-268.8℃）深冷至2273K（2000℃）超高温环境中仍保持99%弹性应变的优异性能。

这种材料意义重大，有望让探测器更接近太阳，甚至制成的热防护服，深入地球内部。

室温高弹性能实验展示

气凝胶中90%以上都是微纳米级的气孔，它们通常是蜂窝或拱形结构，高超团队则引入了穹顶结构。“传统气凝胶中的孔隙结构大多是有棱有角的，而我们的孔隙是微米级的穹顶曲面。”论文共同第一作者、庞凯研究员说，穹顶结构常见于生物体和建筑工程中，以其卓越的承载能力和机械稳定性著称。“存放鸡蛋的槽孔也是穹顶形状，它能够更好消化外部冲击。”


高超团队与西安交通大学刘益伦教授团队合作，指出穹顶结构不可展曲面特性会形成丰富的可恢复褶皱，这能让材料储存更多的弹性应变能。计算机仿真模拟显示，微穹顶结构的弹性应变能存储能力至少是传统结构的10倍，从而让气凝胶展现弹性抗压的特性。高超认为，这一结构代表了多孔材料领域全新的曲率设计理念，可启发更多新材料的创制。


微穹顶气泡是用一种全新的制备方法构筑的，灵感则来自于“大象牙膏”实验：过氧化氢（H₂O₂）在催化剂的作用下加速分解产生氧气，大量气体与发泡剂混合后形成泡沫喷涌而出，仿佛伸出烧杯的大象鼻子。


“我们提出了二维通道受限发泡的方法，让产气发泡过程发生在氧化石墨烯夹层之间。”高超介绍，二维的氧化石墨烯具有丰富的含氧功能基团，它们能高效捕捉金属离子，防止层间金属离子脱出。常温常压下加入发泡剂后，大量球形气泡在一层层氧化石墨烯之间成核、涌出，留下了微穹顶结构的气孔。“这个过程就像做面包，面包切面上的气孔，就是酵母呼吸作用产生的二氧化碳留下的。” 庞凯说，这种二维通道受限发泡的方法操作简单，整个过程不需要高能耗的冷冻干燥或超临界干燥技术，也不依赖复杂昂贵的设备。


高超团队长期致力于石墨烯气凝胶材料的研究。2013年，团队制备的石墨烯碳气凝胶创造了当时世界最轻材料的记录；多年来，高超团队一直将制备方法的探索作为重点，他们认为，这是气凝胶从实验室走向现实应用的关键。

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pansy 发表于 2025-8-7 17:15
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