冰晶模板法的原理及應(yīng)用

冰晶模板法的原理及應(yīng)用Icetemplatingmethod’s

principle

and

applications目錄Category背景及發(fā)展Background&progress工藝流程及調(diào)控Generalprocess&manipulation優(yōu)點(diǎn)及局限性Strengths&limitations前景應(yīng)用Promisingapplications1背景及發(fā)展Background&progressMaxwell,W.A.etal“Preliminaryinvestigationofthe'freeze-casting'methodforformingrefractorypowders”1背景及發(fā)展Background&progressMahler,W.andM.F.Bechtold"Freeze-FormedSilicaFibers."198019842001Tong,H.M.,etal"FormationofAnisotropicIce-AgarCompositesbyDirectionalFreezing."Fukasawa,T.,etal"Synthesisofporousceramicswithcomplexporestructurebyfreeze-dryprocessing."Nature

285,27-28JAmCeramSoc

84,230-232ColloidPolymSci

262,589-595/ark:/67531/metadc59950/citation/#top19541背景及發(fā)展Background&progress冰晶模板法制備的支架的特征長程有序多孔（存在溫度梯度時(shí)）各向異性比表面積大密度低Cellulose

21,97-103SciRep5,13712工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2JAmCeramSoc84,230-232PhilosTransAMathPhysEngSci368,2099-2121實(shí)驗(yàn)裝置反應(yīng)容器冷箱及溫控1溫度傳導(dǎo)及檢測23聚四氟乙烯（PTFE）銅板2JournalofMaterialsResearch28,2202-2219工藝流程配制分散體系漿料+溶劑低溫凍結(jié)冰晶生長冷凍干燥冰晶升華后處理i.e.燒結(jié)、交聯(lián)工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2工藝流程準(zhǔn)直多孔的纖維素框架的制備Cellulose

21,97-103工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation分散體系冰晶生長去除冰模板2冰模板法制備長程有序多孔材料[D].浙江大學(xué),2017/wiki/Freeze-casting影響因素及調(diào)控工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation調(diào)控支架孔道的結(jié)構(gòu)與形貌2影響因素及調(diào)控溫度梯度工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation豎直方向上沒有溫度梯度豎直方向上存在溫度梯度J.Chem.Technol.Biotechnol.,86:172-184AdvancedFunctionalMaterials,doi:10.1002/adfm.201804148(2018)2影響因素及調(diào)控/wiki/Freeze-casting冰凍速率工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控冰凍速率AdvancedMaterials

29,doi:10.1002/adma.201703155（2017）陶瓷層的厚度與冰鋒移動(dòng)速率相關(guān)，冰鋒移動(dòng)速率越快陶瓷層的厚度越小工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控溫度絕對(duì)值冰模板法制備長程有序多孔材料[D].浙江大學(xué),2017.項(xiàng)目\冷源液氮干冰/乙醇混合液冷卻溫度-196℃-78℃生成孔徑66±11μm146±30μm工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控外加電場JAmCeramSoc

92,1874-1876外加電場影響溶質(zhì)顆粒在溶液中的分布，從而影響冰晶的生長隨著電壓增大，陶瓷致密層厚度也逐漸增大工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控模具結(jié)構(gòu)冰模板法制備長程有序多孔材料[D].浙江大學(xué),2017.0°5°10°15°在溶液和冰凍表面之間引入的一個(gè)低導(dǎo)熱的ＰＤＭＳ楔形結(jié)構(gòu)，同時(shí)構(gòu)建出豎直和水平兩個(gè)方向上的溫度梯度在沒有雙向溫度梯度的條件下（a＝０°），層狀結(jié)構(gòu)的排列雜亂無章。隨著ＰＤＭＳ坡度的增加（ａ＝５°，１０°，１５°），層狀結(jié)構(gòu)的取向逐漸從多分散轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏稚ⅲ谄露葹椋保怠銜r(shí)能得到最佳的取向效果ＰＤＭＳ楔形結(jié)構(gòu)坡度對(duì)氧化石墨稀氣凝膠結(jié)構(gòu)的影響工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控溶液濃度溶液濃度的改變會(huì)影響孔徑的大小及形貌濃度太低時(shí)，溶質(zhì)仍是分散的狀態(tài)隨著MWCNT溶質(zhì)濃度的增加，在形成冰晶時(shí)，溶質(zhì)之間形成緊密而有序的結(jié)構(gòu)AdvancedEnergyMaterials

7,doi:10.1002/aenm.201700331工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控溶劑種類溶劑種類不同，結(jié)冰過程中的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)也不同基于莰烯的冰晶模板法制備出的多孔材料具有高度分支的特征JAmCeramSoc

88,1108-1114工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation2影響因素及調(diào)控添加劑冰模板法制備長程有序多孔材料[D].浙江大學(xué),2017.添加劑改變?nèi)芤旱恼扯鹊葏?shù)從而影響冰晶的生長及最終孔的結(jié)構(gòu)與形貌隨著PVA含量的增加，最終形成的孔由無規(guī)則的孔變成多層且致密的孔，PVA濃度較高時(shí)，孔間會(huì)形成橋接PVA含量對(duì)氧化石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu)的影響工藝流程及調(diào)控Generalprocess&ManipulationConcentrationofPVALowHigh2影響因素及調(diào)控溶質(zhì)種類溶質(zhì)的種類不同，最終形成的多孔支架的形貌也不一樣溶質(zhì)可以包括納米顆粒、高分子以及納米片層等AdvancedMaterials

29,doi:10.1002/adma.201703155（2017）工藝流程及調(diào)控Generalprocess&Manipulation優(yōu)點(diǎn)及局限性Strengths&limitations3項(xiàng)目/方法冰晶模板法犧牲模板法發(fā)泡法3D打印設(shè)備要求中等低低高孔徑尺寸2–200μm各種尺度10-500μm各種尺度工藝成本低較高低高工藝復(fù)雜度中等中等低高適用范圍廣泛廣泛一般適用于高粘度體系廣泛，但受限于原料和打印機(jī)環(huán)境友好友好不友好一般一般優(yōu)點(diǎn)及局限性Strengths&limitations3冰晶模板法與部分制備多孔材料工藝的比較4前景應(yīng)用Promisingapplications4前景應(yīng)用Promisingapplications4前景應(yīng)用Promisingapplications能源材料電池超級(jí)電容器垂直且連通的陶瓷通道能夠有利于離子的輸運(yùn)仿生骨多級(jí)結(jié)構(gòu)支架4前景應(yīng)用Promisingapplications組織工程支架神經(jīng)導(dǎo)管足夠大的比表面積利于細(xì)胞黏附、增殖材料制備過程中不存在有毒物質(zhì)生成或殘留4前景應(yīng)用Promisingapplications環(huán)保材料吸收石油吸收染料足夠大的比表面積有利于吸收石油或染料Mahler,W.&Bechtold,M.F.Freeze-FormedSilicaFibers.Nature285,27-28Tong,H.M.,Noda,I.&Gryte,C.C.FormationofAnisotropicIce-AgarCompositesbyDirectionalFreezing.ColloidPolymSci262,589-595Fukasawa,T.,Ando,M.,Ohji,T.&Kanzaki,S.Synthesisofporousceramicswithcomplexporestructurebyfreeze-dryprocessing.JAmCeramSoc84,230-232Wegst,U.G.,Schecter,M.,Donius,A.E.&Hunger,P.M.Biomaterialsbyfreezecasting.PhilosTransAMathPhysEngSci368,2099-2121冰模板法制備長程有序多孔材料[D].浙江大學(xué),2017.Deville,S.Ice-templating,freezecasting:Beyondmaterialsprocessing.JournalofMaterialsResearch28,2202-2219Canadas,R.F.etal.BiochemicalGradientstoGenerate3DHeterotypic-LikeTissueswithIsotropicandAnisotropicArchitectures.AdvancedFunctionalMaterials（2018）Zhang,Y.M.,Hu,L.Y.&Han,J.C.PreparationofaDense/PorousBiLayeredCeramicbyApplyinganElectricFieldDuringFreezeCasting.JAmCeramSoc92,1874-18769.Bhattacharya,P.,Kota,M.,Suh,D.H.,Roh,K.C.&Park,H.S.BiomimeticSpider-Web-LikeCompositesforEnhancedRateCapabilityandCycleLifeofLithiumIonBatteryAnodes.AdvancedEnergyMaterials710.Flauder,S.,Heinze,T.&Muller,F.A.Cellulosescaffoldswithanalignedandopenporosityfabricatedviaice-templating.Cellulose21,97-10311.Araki,K.&Halloran,J.W.Porousceramicbodieswithinterconnectedporechannelsbyanovelfreezecastingtechnique.JAmCeramSoc88,1108-111412.Cheng,Q.,Huang,C.&Tomsia,A.P.FreezeCastingforAssemblingBioinspiredStructuralMaterials.AdvancedMaterials29（2017）13.Ni,N.etal.UnderstandingMechanicalResponseofElastomericGrapheneNetworks.SciRep5,1371214.Qian,L.andZhang,H.(2011),Controlledfreezingandfreezedrying:aversatilerouteforporousandmicro‐/nano‐structuredmaterials.J.Chem.Technol.Biotechnol.,86:172-184參考文獻(xiàn)謝謝觀賞Thanksforwatching1背景及發(fā)展Background&progress定向生長的SiO2纖維束