南京工业大学《AM》综述：冷冻铸造——从低维构件到有序多孔结构

来源：高分子科学前沿

多尺度、多级次、各向异性多孔结构是生物系统的独特特征，师法自然，模仿此种结构的材料设计与合成已成为制备高性能结构和功能材料的一种有效策略。

近年来，冷冻铸造法已被广泛用于微纳结构单元组装成三维有序多孔结构，是通向由自然灵感来设计材料到实现模仿在生物界中出现的功能性系统的桥梁之一。该方法具有灵活化的制备过程，多元化的材料体系，可剪裁的微观结构，可设计的宏观结构，以及多领域的应用前景等优势，因此备受科学界和工程界的青睐。

近日，南京工业大学沈晓冬教授联合南京信息工程大学邵高峰博士、德国柏林工业大学Aleksander Gurlo教授与Dorian A. H. Hanaor博士，在《Advanced Materials》发表了题为“Freeze Casting: From Low‐Dimensional Building Blocks to Aligned Porous Structures—A Review of Novel Materials, Methods, and Applications”（DOI:10.1002/adma.201907176）综述论文。该综述从冷冻铸造工艺的基本原理出发，介绍了冷冻铸造工艺的基本过程并阐述了各过程中的物理化学调控方法对材料微观结构的影响机制。

总结了（1）新材料体系：以低维“积木”为构筑单元的三维有序多孔骨架；（2）新结构体系：通过结合其他成型技术获得的新几何结构；（3）新应用领域：三维有序多孔材料和“砖-泥”结构复合材料在结构、功能及智能材料领域的应用现状及前景。最后介绍了目前该领域存在的挑战和未来机遇。基于冷冻铸造法，团队在器件表面原位构筑了三维多孔石墨烯气凝胶材料，优化了气体传感器制作过程，实现了石墨烯气凝胶材料与传感器件制备合二为一，超低浓度NO2高响应循环稳定性好，极大地提高了石墨烯气凝胶的气体传感性能，相关工作发表在Chemical Communications 2020, 56(3): 450-453。