碳氣凝膠是目前極少數可在極高溫度（2000℃以上）無氧環境下保持力學穩定性的氣凝膠材料，在國防、能源及智能傳感等方面具有廣闊的應用前景，但其脆性限制了其廣泛應用。近年來，科研人員以石墨烯、碳納米纖維、碳納米管等柔性納米結構為基本組成單元，相繼開發出了具有一定壓縮回彈特性的氣凝膠。但其壓縮強度普遍偏低（幾到幾百千帕），承載能力不足。但提高氣凝膠的承載能力，往往又伴隨著其變形能力的下降。因此，如何破解高承載和大變形之間的矛盾，進一步提升碳氣凝膠的綜合力學性能，仍是一個巨大的挑戰。

近日，西安交通大學材料學院王紅潔教授課題組以前期研發的硅基陶瓷氣凝膠為模板，將犧牲模板法和化學氣相沉積法相結合，研發出了一種由sp2-sp3雜化的柔性碳管組成的、具有高度交聯互鎖的均勻三維網絡結構的層狀碳氣凝膠。

該研究成果以“Highly cross-linked carbon tube aerogelswith enhanced elasticity and fatigue resistance”為題近日在線發表于《自然通訊》（Nature communications）上。西安交通大學材料學院青年教師莊磊為論文第一作者，王紅潔教授為論文通訊作者。西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室是該工作的唯一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金（92263204、52102077、 52072294）的支持。

該氣凝膠中高度交聯互鎖的三維網絡結構賦予了材料優異的協同變形能力，可有效避免在壓縮過程中局部應力集中所導致的結構性破壞；而碳管中局部存在的sp3鍵則可在一定程度上抑制管壁間由于弱范德華鍵所造成的相對滑移，進而提高管狀結構的穩定性及剛度。因此，該氣凝膠材料（密度僅為~12-40 mg/cm3）不僅保持了優異的壓縮回彈性（99%壓縮應變完全可回彈），還獲得了高承載能力（最大壓縮應力高于20MPa），以及抗疲勞特性（99%應變循環1000次永久變形小于1.5%），同時還具有超高的耐溫特性（2500℃惰性氣氛）。這些綜合性能使其具備了在極端環境下的應用價值。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38664-6