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  形狀記憶聚合物（SMPs）作為一種智能材料能夠感知外部刺激并產生響應驅動，具有質量輕、成本低、易賦形、變形量大等優點，被廣泛應用于航空航天、柔性電子、生物醫療等領域。將形狀記憶聚合物制備成多孔的形狀記憶氣凝膠材料可兼具氣凝膠的輕質、隔熱等特性和形狀記憶材料的刺激響應特性，由于其獨特的性能組合，具有極其廣泛的應用前景，特別適用于極端或復雜工況環境。

  近日，哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊在《Carbon》上發表了題為《Reconfigurable high-temperature thermal protection shape memory aerogel based on phthalonitrile resin with facile template method》的研究性論文，哈爾濱工業大學博士研究生胡容祥為本文第一作者，張風華研究員和冷勁松教授為本文的共同通訊作者。研究以耐高溫形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂（SMPN）為氣凝膠基體，采用模板法制備了形狀記憶氣凝膠材料SMPNA。除了具有低密度的特性，SMPNA還可以通過形狀記憶效應動態調節熱防護能力，并在高溫石墨化后實現高效微波吸收，為形狀記憶氣凝膠材料在航空航天、高溫電子、智能熱控系統等領域的應用提供了重要理論支撐與技術基礎。

  本工作以NaCl為模板，通過高速粉碎機將形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂預聚物與模板經高速粉碎混合均勻，將混合粉末模壓成型后轉移至高溫烘箱中，經階梯升溫進行原位后固化聚合。之后將模板水洗溶出，干燥后即獲得形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂基氣凝膠SMPNA。溶出模板之前可將材料切割成多種形狀，溶出模板獲得預期形狀的SMPNA，提高氣凝膠的可加工性。

  SMPNA具有形狀記憶聚合物材料典型的變剛度特性，材料的玻璃化轉變溫度在300°C左右，室溫下具有良好的力學承載性，高溫下可進行壓縮賦形。圖2（a）為SMPNA壓縮不同應變的臨時形狀及其微觀結構。由于材料內部充滿豐富的多孔結構，即使固定的壓縮應變達到40%，此時的SMPNA仍具有較低的熱導率，保持在46.64mW/m·K左右，在300°C加熱臺上表現出良好的隔熱性能。

圖1. SMPNA的制備加工

圖2. SMPNA的隔熱性能調控

  此外，SMPNA還具有良好的熱穩定性和熱尺寸穩定性，TGA測試表明其初始分解溫度達到421°C，1000°C的殘碳量超過42%，能夠對約800°C的丁烷火焰進行良好的防隔熱，經壓縮后固定的臨時形狀可以在丁烷火焰下進行形狀回復，實現動態熱防護調節。通過熱處理證明了SMPNA的熱尺寸穩定性，材料在400℃處理1h幾乎不發生收縮，在600℃的線收縮率為8.72%，800℃的線收縮率為16.8%，1000℃的線收縮率為18.8%，且在熱處理后仍保持多孔結構。

圖3. SMPNA的熱防護性能

圖4. 碳納米管復合SMPNA材料的吸波性能

  經過800°C處理的SMPNA發生碳化具有一定的導電性，表現出良好的寬頻吸波性能。引入多壁碳納米管對SMPNA的吸波性能進行研究，加入8%碳納米管的復合材料具有良好的吸波性能，而且可以借助形狀記憶性能對吸波性能進行調控。此外，經400°C熱處理仍不改變SMPNA復合材料的吸波性能，能夠在高溫環境中保持吸波性能的穩定。

  該項研究成果獲得了國家自然科學基金的大力支持。

課題組簡介：

  冷勁松教授團隊長期從事于智能材料結構及其應用研究。在航天領域，研制了基于形狀記憶聚合物復合材料的可展開鉸鏈、桁架、重力梯度桿、天線、太陽能電池、離軌帆、鎖緊釋放機構等智能結構 (Chem. Eng. J., 2025, 505, 159558; Compos. Part A-Appl. S.,2024, 190, 108595; Chem. Eng. J., 2024, 489, 150956; Chem. Eng. J., 2023, 457, 141282; Small, 2023, 2307244; Sci. China. Technol. Sc., 2020, 63, 1436–1451; Smart Mater. Struct., 2022, 31, 025021; Compos. Struct., 2022, 280, 114918; Compos. Struct., 2022, 290, 115513)，可應用于各種衛星平臺、空間站、探月工程、深空探測工程等。設計制備了構型、力學性能可調節、可重構的拉脹力學超材料和像素力學超材料 (Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2408887; Adv. Funct. Mater., 2023, 34, 2316181; Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2107795)。在生物領域，基于形狀記憶聚合物等智能材料開發了多種智能生物支架和人工假體 (Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2402592; Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2312036; Adv. Fiber Mater., 2023, 5, 632-649; Research, 2023, 6, 0234; Biomaterials, 2022, 291, 121886; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 42568-42577)。冷勁松教授團隊自主設計并研制的基于形狀記憶聚合物的中國國旗鎖緊展開機構，于2021年5月在天問一號上成功展開，使我國成為世界上首個將基于形狀記憶聚合物復合材料的智能結構應用于深空探測工程的國家 (Smart Mater. Struct., 2022, 31, 115008.)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120378