近年来，聚合物泡沫材料因其轻质、隔热、吸能等特性被广泛应用。然而，传统聚合物泡沫通常具有正泊松比（PPR），在拉伸时横向收缩、压缩时横向膨胀。具有负泊松比（NPR）的拉胀泡沫和零泊松比（ZPR）泡沫因其独特的力学性能（如高剪切模量、高抗凹痕性、抗断裂性等），在航空航天、生物医疗、柔性电子和电磁屏蔽等领域展现出巨大潜力。然而，传统负泊松比泡沫通常依赖于对常规蜂窝结构泡沫的二次形变转化，面临工艺复杂、结构在高温下不稳定、难以功能化设计以及泊松比难以精确调控等瓶颈。因此，开发简便、绿色、高效且能精准调控泡孔结构的方法，是该领域从实验室走向实际应用的关键。
针对上述挑战，长春应化所唐涛研究员团队长期致力于聚合物泡沫结构设计与性能调控研究，取得了一系列创新性成果。在制备方法上，团队率先提出了基于水蒸气渗透冷凝（SPC）过程的负泊松比泡沫制备新策略（ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI:10.1021/acsami.8b02332），利用水蒸气在闭孔泡沫中的渗透与冷凝产生的内外压差，成功实现了常规泡沫蜂窝状结构向拉胀泡沫凹角结构的转变。在工艺突破上，团队进一步跨越了以往“必须先制备成常规泡沫再转化”的限制，发展了CO2发泡原位转化法。该工作直接从聚合物树脂出发，利用水的相变和CO2发泡剂与空气渗透速率的差异在发泡过程中的协同作用，原位制备出高性能负泊松比泡沫（ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI:10.1021/acsami.0c15383），并揭示了该结构在受热或变形后可逆转换的特性。在功能化应用方面，团队将负泊松比结构引入电磁屏蔽领域，制备了聚氨酯/聚多巴胺/石墨烯复合泡沫，首次揭示了负泊松比绝对值与电磁屏蔽性能的正相关规律，实现了高效且可调的电磁屏蔽（Chem. Eng. J., DOI:10.1016/j.cej.2021.131635）。在结构稳定性与智能化方面，针对传统拉胀泡沫高温结构易坍塌、大变形后难恢复的痛点，团队通过3D打印与盐浸渍法相结合的技术构建了各向异性凹角结构，制备了兼具优异热稳定性和形状记忆性能的复合拉胀泡沫（Polymer, DOI:10.1016/j.polymer.2024.126825）。在极限结构调控方面，团队再次取得突破，通过水作为共发泡剂的超临界CO₂发泡技术，原位构建了“凹角-蜂窝共生结构”，成功制备出零泊松比复合泡沫，实现了泊松比从正到负的连续精准调控，成为变形机翼柔性蒙皮的理想候选材料（Polymer, DOI:10.1016/j.polymer.2025.129488）。该系列工作从工艺创新到机理解析，再到功能拓展与材料结构设计，逐步攻克聚合物拉胀泡沫制备条件苛刻、结构亚稳态、功能单一等关键科学问题，建立多套具有普适性的新型制备方法，揭示拉胀结构的形成机制，同时面向缓冲防护、电磁屏蔽等领域开展应用探索，为新一代聚合物拉胀力学超材料的设计开发提供理论依据。
本系列工作系统解决了聚合物拉胀泡沫制备工艺复杂、结构稳定性差、功能化设计困难及泊松比难以精确调控等难题，实现了泊松比在正、零、负之间的精确调控与功能拓展。相关研究成果已相继在 ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Engineering Journal、Polymer 等期刊上发表。该系列研究得到了国家自然科学基金及国家重点研发计划等项目的资助。
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