Page 91 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 赵 峰，等: 基于冰模板法构筑孔道结构的合成策略及研究进展 ·547·

研究人员探究了分别在均匀亲水和疏水的铜基 孔支架则需要实施适当的加工技术 [58] 。当前，为构
底上冷冻材料对层状结构的影响。当冰晶生长无首 筑适当的孔隙形态并再现其独特的界面相互作用，
选方向时，形成了含有多种随机取向的短程层状结 研究者们利用冰模板来诱导材料组装，以冷冻构筑
构（图 8b~e，其中 CA 为接触角）；而在具有线性润 形成的孔隙形态作为骨架，结合组装其他材料的加
湿性梯度的铜表面冻结时，冰晶垂直于梯度排列， 工工艺，由低维纳米材料单元构筑形成宏观三维结
形成了单向长程层状结构（图 8f~g）。此外，BAI 构材料，该结构内部产生了明显的多孔微结构 [59] ，
等 [57] 通过设计聚合物模具，在羟基磷灰石浆液的底 起到了良好的协同或强化效果。同时，冰模板法能
部放置了成角度的聚二甲基硅氧烷（PDMS）楔块， 够通过组合不同类型的材料，将材料的表面官能团
发现冷却速率与 PDMS 倾斜角度引起的双向冻结能够 与聚合物相互作用，在聚合物分子链间形成一些类
改善支架孔隙形态的均匀性。因此，通过对多向冷冻 凝胶点来增加高分子的力学性能 [16,60] ，进一步控制
技术的探究，成功实现大规模长程层状结构的制备， 内部多孔结构（取向、孔形状、孔隙率和连接性）
表明该方法是制造块状仿生结构材料的有效方法。
和外部形态（微球、纤维、网格/膜和其他复杂宏观
形态）（表 1）。如图 9 所示，利用新开发的集成冰
3 冰模板法辅助构造孔几何形态
冷冻组件对纳米材料进行合理的设计，并结合其与
由于传统调控孔道结构的技术具有高生产成本 多维结构的相关性，应用于工程系统中以实现多尺
和较差的可加工性，要获得轻质、功能性的定向多 度孔隙材料的构筑。

表 1 冰模板结合不同加工工艺制备多孔结构材料织构参数
Table 1 Texture characteristics of the porous structural materials prepared via ice-templating followed by processing technologies

比表面积/ 孔体积/ 孔径分布/ 参考
原料 方法 结构 2 3 设备类型
(m /g) (cm /g) nm 文献
V 2O 5/还原氧化石墨烯 电喷雾、冰模板 零维，分层开孔微球 38.18 0.20 2~40 锂离子电池（阳极） [61]
氧化石墨烯 电纺丝、冰模板 一维，分层排列多孔核壳结构 884 5.85 3.4~100 功能纺织品 [62]
FeOOH/植物衍生炭管 水热法、冰模板 一维，纳米棒状超长碳管网状 303 0.24 2~10 超级电容器 [63]
状网络 结构
纤维素纳米纤维/纤维 真空过滤、冷冻干 二维，分层带状网络结构 20.9 0.05 10.5~16.7 超级电容器 [64]
素衍生炭片/聚苯胺 燥
NiCoO 2/还原氧化石墨 过滤、冷冻铸造和 三维，分层凹入蜂窝状结构 111.31 0.34 2~20 燃料电池 [65]
烯 热处理
NH 4H 2PO 4/纤维素 定向冷冻铸造、双 三维，分级排列的多孔管状结 1553 0.81 2~10 海水淡化 [66]
重活化 构
生物质高粱酒糟 高能球磨处理、冰 二维，高孔纳米板微结构 3047 1.35 0.7~4.0 超级电容器 [67]
模板

图 9 冰模板与其他合成方法相结合的集成冰冷冻组件用于控制外部形状和内部多孔结构 [58]
Fig. 9 Integrative ice frozen assembly combining ice templating with other synthetic methods to control external shape and
internal porous structure [58]