近期，浙江大學龐凱專職研究員、許震副教授、高超教授團隊基于前期溶塑性發泡技術的研究積累，進一步開發出一種聚合物插層的無溶劑熱塑性發泡（TPF）方法。該方法采用聚合物聚乙二醇作為插層塑化劑，通過精確控制聚合物插層量，使氧化石墨烯復合材料在超過臨界層間距時實現從剛性到塑性的熱誘導轉變，成功克服了二維片層在熱發泡過程中的結構失穩問題（圖1）。該制備方法可精確調節石墨烯氣凝膠的微觀結構特征，所制備的石墨烯氣凝膠具有可調控的孔徑（49.7-84.8 μm）、孔壁厚度（0.4-8.4 μm）與密度（73-843 mg/cm³）（圖2-3）。經熱處理后，材料展現出優異的超彈性（>95%應變回復）與導電導熱性能（分別達8.0×10³ S/m與44.9 W/m·K），在結構力學與功能響應方面兼具高穩定性與重復性（圖4）。該技術的普適性優勢顯著，可成功拓展至氮化硼（BN）、蒙脫土（MMT）和MXene（Ti₃C₂T_X）等多種二維材料體系，同時兼容大尺寸材料成型與3D打印工藝（圖5）。這一技術突破不僅證實了其在多功能多孔材料制備中的通用性，更為設計具有特定拓撲結構的新型輕質功能材料提供了可靠的制備方法，展現出廣闊的工程應用前景。

2025年7月2日，相關成果以“Solvent-free Thermoplastic Foaming for Superelastic Graphene Monoliths”為題發表于國際期刊《Nature Communications》（DOI：10.1038/s41467-025-61123-3）。浙江大學高分子系博士李澤莘、碩士生李曉彤為論文共同第一作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等經費的支持。

圖1. 熱塑性發泡石墨烯氣凝膠的制備機理與結構演變

圖2. 石墨烯基熱塑性發泡材料的層間塑化機理

圖3. 氣泡形成機制與結構調控

圖4. TPF法制備的石墨烯氣凝膠材料的力學性能表征

圖5. TPF方法的形狀與材料普適性

浙江大學高超教授團隊十余年來專注石墨烯二維材料及其宏觀組裝研究，在石墨烯氣凝膠、石墨烯纖維和石墨烯膜領域取得重要突破。團隊從基礎理論到規模制備形成系統研究體系，實現了材料性能調控與產業化應用的關鍵技術創新。該工作是團隊近期關于石墨烯氣凝膠宏觀組裝研究的最新進展之一。團隊先后提出“連續溶塑發泡”（Sci. Adv., 2020, 6, eabd4045）、“超薄納米鼓共振”（Adv. Mater. 2022, 34, 2103740）、“拓撲層級強韌化”（Adv. Mater., 2024, 37, 2417462）、“二維節點增強”（Adv. Mater., 2024, 2414410）及“快速熱塑發泡”（Nat. Commun., 2025, 16, 6087）等策略，突破了氣凝膠連續化制備方法，建立了其多尺度結構力學關系，實現了其在復合材料、熱管理及人工智能傳感等方面的應用。這些研究不僅推動了石墨烯宏觀組裝材料的產業化應用進程，也為高性能輕質多孔材料的可控設計提供了新原理及新方法。

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https://doi.org/10.1038/s41467-025-61123-3v