Page 93 - 《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 ·549·

图 11 冷冻纺丝技术示意图（a）；径向横截面 SEM 图显示仿生多孔纤维的典型结构（b）；X 射线计算机显微断层成像
图显示仿生纤维内沿轴向排列的层状孔隙（c~d） [73]
Fig. 11 Schematic illustration of the freeze-spinning technique (a); Radial cross-sectional SEM image showing the typical
structure of a biomimetic porous fiber (b); X ray computed microtomography images showing the aligned lamellar
pores within the biomimetic fiber along its axial direction (c~d) [73]

3.3 冰模板法组装仿生膜 从而更好地应用于储能领域。
目前，已开发多种方法（刀片涂层法、喷涂法、 SHAO 等 [16] 根据以上方法制备了致密层状石墨
过滤组装法等）制备致密层状结构的石墨烯（GO） 烯薄膜，图 12a~e 为多孔石墨烯薄膜的制备过程。首
薄膜用于构建不同的多孔形貌。但现有的方法所制备 先将分散的氧化石墨烯预还原为微凝胶，再采用冰模
的致密层状石墨烯薄膜缺乏足够开放分级孔结构 [74] ， 板法与过滤组装法相结合，高效合成了多孔石墨烯薄
因此，采用冰模板法和过滤组装法相结合，对孔取 膜。研究人员对冷冻过程中颗粒和溶液之间的相互作
向进行调控，能够使薄膜的平面上形成层状孔，同 用进行了详细描述，冻结过程的凝固动力学及其形成
时使用防冻辅助技术，将乙醇或甲醇加入 GO 悬浮 的孔隙结构发生了改变（图12f），利用多孔石墨烯薄
液中，可以调控所获得多孔材料的拓扑结构和孔隙 膜作为活性材料，可以制备出高性能的超级电容器。
率，进而控制复合材料的整体性能 [23,75] 。利用该方 此外，这种新型的多孔石墨烯薄膜不仅可应用于超级
法制备多孔石墨烯薄膜的内部结构有序层状互联， 电容器，同时在传感器、催化、电池、气体吸收、储
兼具高韧性和高恢复性 [76] ，可用于构建多孔膜电极， 氢以及医疗支架等领域也具有广阔的应用前景。

[16]
图 12 通过预还原、过滤组装和冷冻铸造形成多孔石墨烯膜的示意图（a~e）；多孔石墨烯薄膜的典型横截面 SEM 图（f）
Fig. 12 Schematic illustration of the formation of a porous graphene film through prereduction, filtration assembly and
freeze-casting (a~e); A typical cross-section SEM image of a porous graphene film (f) [16]

3.4 冰模板法组装仿生多孔复合材料 成模量对比结构。而分散液体系经冰模板法处理后
在日益发展的工程应用驱动下，利用多孔形式 能够形成非均质结构，可通过对分子层面上的设计
的非均质材料制备蜂窝状结构的功能复合材料已被 来改善水凝胶的物化性能。为了提高水凝胶的力学
广泛研究。利用水凝胶良好的各向异性致密化结构 性能，研究人员已经尝试了多种结构工程和分子工
以及拓扑结构对多孔复合材料自修复的调控作用， 程方法（冷冻铸造、力学拉伸及自组装、诱导疏水
可通过调整小尺度结构的分层级参数来进一步增 性聚集等）。
强分层级蜂窝状结构的力学性能 [77] 。近年来，考虑 HUA 等 [79] 结合冰模板法与后续盐析处理，协同
到 各 种 聚 合物和溶剂体系均具有霍夫迈斯特 构建从微米级至毫米级的具有不同尺度的各向异性
（Hofmeister）效应 [78] ，可在同一聚合物聚合态下形 结构，制备了高韧性、可拉伸和抗疲劳的分级、各