兰州大学张强强教授课题组通过化学交联有序组装2D石墨烯基元，并在正交双梯度温度场调控下，采用双曲取向冷冻的策略制备了一种具有可调负热膨胀性能的3D石墨烯超材料(GM)。作为3D GM的基本构建单元，石墨烯片表现出异常的热致收缩变形效应(NTE)，其热膨胀系数为(-6.12±0.28)×10-6。经数值模拟和实验研究相互印证，表明NTE效应可以成功从二维石墨烯基元拓展至三维石墨烯结构。此外，由于NTE效应具有对微结构主应力/应变的可控释放能力，可通过多尺度结构设计和优化实现3D GM所具有NTE性能的编码调控。同时，3D GM在热-力耦合条件下表现出了高热稳定性，同时保持了理想的结构鲁棒性和抗疲劳性，使该超材料在保护表皮、热致动器、智能开关和填料等方面具有广阔的应用前景。相关论文以题为：“Lightweight 3D Graphene Metamaterials with Tunable Negative Thermal Expansion”发表在ADVANCED MATERIALS上。