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構不穩定性的限制。

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了從4.2開爾文（K）到2273 K的優異彈性。

這種氣凝膠在99%應變下表現出20000次循環的超彈性，在2273 K下表現出100次循環的抗熱震性。高熵碳化物氣凝膠在1273 K時的導熱系數為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合使這種氣凝膠在從隔熱工業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，大多數溶膠-凝膠氣凝膠往往表現出機械脆性和較差的彈性。

為了克服氣凝膠的固有弱點，已經開發了一種結構的幾何設計，以在高孔隙率下實現出色的機械彈性，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構，以及形成宏觀雙曲線元圖案。盡管取得了這些進展，但由于高溫下不穩定的晶體結構和大機械變形下的結構脆弱性，氣凝膠在極端熱和機械條件下保持熱機械穩定性仍然面臨挑戰。

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筑方法—氧化石墨烯基二維通道受限發泡法，成功制備出具有微穹頂結構的高彈氣凝膠，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