Page 94 - 《精细化工》2023年第3期

·550· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

向异性结构的聚乙烯醇水凝胶（HA-PVA）（图 13a）。 作用，通过与原始均相发生相分离，能够使微米级排
如图 13b~c 所示，预浓缩的聚乙烯醇（PVA）链在亲 列的孔壁表面形成蜂窝状结构。上述策略推动了水凝
液（Kosmotropic）的盐溶液作用下具有较强的自聚结 胶在医疗、能源以及添加剂制造等领域的应用。

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图 13 HA-PVA 水凝胶的冷冻辅助盐析制备工艺（a）和 SEM 图（b~c） [79]
Fig. 13 Freezing-assisted salting-out fabrication procedure (a) and SEM images (b~c) of HA-PVA hydrogels [79]

4 结束语与展望 参考文献：
[1] WANG L L, NG W B, JACKMAN J A, et al. Graphene-
本文对冰模板法用于调控微观结构、设计宏观 functionalized natural microcapsules: Modular building blocks for
ultrahigh sensitivity bioelectronic platforms[J]. Advanced Functional
形态和协同构建多尺度有序排列的支架进行了总
Materials, 2016, 26(13): 2097-2103.
结。描述了冰模板的机制，并重点讨论了关键因素 [2] SCOTTI K L, DUNAND D C. Freeze casting-A review of
（悬浮液体系、添加剂性质、冷却速率、温度梯度、 processing, microstructure and properties via the open data
repository, FreezeCasting.net[J]. Progress in Materials Science, 2018,
冷源表面），以了解如何控制相关有机、无机、复合 94: 243-305.
材料来实现微观结构的精确调控。结合其他材料的 [3] DEVILLE S. Freeze-casting of porous ceramics: A review of current
合成和加工工艺，如纺丝、喷涂、过滤、盐析，从 achievements and issues[J]. Advanced Engineering Materials, 2008,
10(3): 155-169.
零维仿生颗粒到一维仿生纤维和二维仿生膜，再到 [4] ZHANG H F, HUSSAIN I, BRUST M, et al. Aligned two- and
三维整体，已构建了具有不同维度分级有序排列的 three-dimensional structures by directional freezing of polymers and
复杂结构。从电池电极到骨植入物的多领域应用归 nanoparticles[J]. Nature Materials, 2005, 4(10): 787-793.
[5] NELSON I, NALEWAY S E. Intrinsic and extrinsic control of freeze
因于功能复合材料大的可访问区域和有效的应力缓 casting[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2019, 8(2):
冲，为研究功能复合材料的结构-取向-性能间的构 2372-2385.
[6] WU L, LI Y, FU Z Y, et al. Hierarchically structured porous
效关系奠定了坚实的基础。但对于实际应用，应考
materials: Synthesis strategies and applications in energy storage[J].
虑以下基本问题和技术挑战： National Science Review, 2020, 7(11): 1667-1701.
（1）采用冰模板策略构建功能复合材料的微观 [7] WU J L, XU F, LI S M, et al. Porous polymers as multifunctional
material platforms toward task-specific applications[J]. Advanced
结构对材料自身性能的影响亟需明确。由于不同的
Materials, 2019, 31(4): 1802922.
交联机制会影响最终材料的化学特性和孔几何形 [8] YUN S, BAK S M, KIM S, et al. Rational design of hierarchically
状，要着重优化合成条件，采用匹配的冻结条件控 open-porous spherical hybrid architectures for lithium-ion batteries[J].
Advanced Energy Materials, 2019, 9(6): 1802816.
制甚至诱导具有特定形态的冰晶的形成，以此来更 [9] BO H (柏浩). Preparation of multi-scale structural bionic functional
合理地设计孔径分布与孔隙形态的定量匹配。 materials based on ice-templating method[C]//The 10th National
（2）近年来，冰模板法与其他技术结合是一大 Conference of Inorganic Chemistry of Chinese Chemical Society (中
国化学会第十届全国无机化学学术会议), 2019, 4: 119.
趋势，特别是与含溶剂技术的结合。为精确获取多 [10] ZHANG Z S, LIU X Y. Control of ice nucleation: Freezing and
尺度结构（零维、一维、二维和三维）的功能复合 antifreeze strategies[J]. Chemical Society Reviews, 2018, 47(18):
7116-7139.
材料，可根据冰模板组件组装机制的基本原理，发
[11] JOUKHDAR H, SEIFERT A, JUNGST T, et al. Ice templating soft
挥各组件的优势，阐明功能复合材料结构-取向-性 matter: Fundamental principles and fabrication approaches to tailor
能间的构效关系，构建高质量的功能复合材料。 pore structure and morphology and their biomedical applications[J].
Advanced Materials, 2021, 33(34): 2100091.
（3）随着对微观结构与宏观形态协同作用机制 [12] YANG J, YANG W, CHEN W, et al. An elegant coupling: Freeze-
的明确认识，相关理论有望得到丰富。基于冰模板 casting and versatile polymer composites[J]. Progress in Polymer
Science, 2020, 109: 101289.
策略创建仿生结构有助于提高自然资源和废弃物的
[13] BATES P W, CHEN X, DENG X. A numerical scheme for the
经济化利用，并深入研究自然界中天然成分的多功 two-phase Mullins-Sekerka problem[J]. Electronic Journal of
能性，以及对电池电极、骨植入物等领域进行工程 Differential Equations, 1995, 11: 1-28.
[14] STEFANESCU D M, RUXANDA R. Metallography and
设计，推动工业化进程。
Microstructures[M]. Massillon: ASM International, 2004.