二维纳米片层材料（如石墨烯、MXene、氮化硼等）凭借其高比表面积和优异性能，成为构建三维多孔气凝胶的理想材料。然而，当前二维材料气凝胶的制备策略多依赖于液相分散体系,存在工艺复杂、能耗高、结构脆弱等问题，难以满足批量化应用需求。尽管工业上成熟的聚合物泡沫热发泡技术为二维材料气凝胶的制备提供了新思路，但二维片层间强烈的范德华力会抑制气泡膨胀，导致材料内部结构破裂。通过溶剂插层塑化可有效削弱二维片层的层间结合作用力，进而实现可控发泡制备气凝胶。但是，如何进一步避免过量溶剂使用，建立无溶剂体系的热塑性发泡方法制备二维材料气凝胶仍有待探索。

  近期，浙江大学庞凯专职研究员、许震副教授、高超教授团队基于前期溶塑性发泡技术的研究积累，进一步开发出一种聚合物插层的无溶剂热塑性发泡（TPF）方法。该方法采用聚合物聚乙二醇作为插层塑化剂，通过精确控制聚合物插层量，使氧化石墨烯复合材料在超过临界层间距时实现从刚性到塑性的热诱导转变，成功克服了二维片层在热发泡过程中的结构失稳问题（图1）。该制备方法可精确调节石墨烯气凝胶的微观结构特征，所制备的石墨烯气凝胶具有可调控的孔径（49.7-84.8 μm）、孔壁厚度（0.4-8.4 μm）与密度（73-843 mg/cm³）（图2-3）。经热处理后，材料展现出优异的超弹性（>95%应变回复）与导电导热性能（分别达8.0×10³ S/m与44.9 W/m·K），在结构力学与功能响应方面兼具高稳定性与重复性（图4）。该技术的普适性优势显著，可成功拓展至氮化硼（BN）、蒙脱土（MMT）和MXene（Ti₃C₂T_X）等多种二维材料体系，同时兼容大尺寸材料成型与3D打印工艺（图5）。这一技术突破不仅证实了其在多功能多孔材料制备中的通用性，更为设计具有特定拓扑结构的新型轻质功能材料提供了可靠的制备方法，展现出广阔的工程应用前景。

  2025年7月2日，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）。浙江大学高分子系博士李泽莘、硕士生李晓彤为论文共同第一作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等经费的支持。

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

  浙江大学高超教授团队十余年来专注石墨烯二维材料及其宏观组装研究，在石墨烯气凝胶、石墨烯纤维和石墨烯膜领域取得重要突破。团队从基础理论到规模制备形成系统研究体系，实现了材料性能调控与产业化应用的关键技术创新。该工作是团队近期关于石墨烯气凝胶宏观组装研究的最新进展之一。团队先后提出“连续溶塑发泡”（Sci. Adv., 2020, 6, eabd4045）、“超薄纳米鼓共振”（Adv. Mater. 2022, 34, 2103740）、“拓扑层级强韧化”（Adv. Mater., 2024, 37, 2417462）、“二维节点增强”（Adv. Mater., 2024, 2414410）及“快速热塑发泡”（Nat. Commun., 2025, 16, 6087）等策略，突破了气凝胶连续化制备方法，建立了其多尺度结构力学关系，实现了其在复合材料、热管理及人工智能传感等方面的应用。这些研究不仅推动了石墨烯宏观组装材料的产业化应用进程，也为高性能轻质多孔材料的可控设计提供了新原理及新方法。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61123-3

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