翟文涛教授团队在多尺度长程有序孔泡沫取得新进展

   藤，是陆地上最长的植物，一般长达100米，最长的可达500米。然而，它的茎直径不过5厘米，可以说是植物王国里的“瘦长王子”。大量的水和养分通过纤细的藤茎长距离地输送到众多的枝叶，以维持正常的生命活动和蒸腾作用，这就要求藤条本身具有独特的内部结构以进行高效的液体运输。对生物材料的深入分析和结构-功能关系的理解对材料设计具有重要的指导意义。与大多数木本植物一样，藤条由独特的有序通道结构和基质(纤维素、半纤维素和木质素)组成。它们通过生物主导的自下而上自组装生长，最终形成了巧妙的分级多孔结构。这些独特的多尺度孔结构和相间的长程有序大通道结构赋予藤条令人钦佩的液体输送效率和储水能力。开发藤条仿生结构材料在高效液体输送等领域具有重要的科学意义。然而，将藤条的巧妙结构转化为合成材料是一项具有挑战性的任务，部分原因是它们复杂的孔结构需要在多个维度(长度、尺度和形态)上复制。

   有鉴于此，翟文涛教授团队开发了一种新型的气泡冷冻铸造技术，以实现多尺度长程有序孔的构筑。该技术涉及将气体注入浇铸溶液中，在冷冻铸造过程中让气体逸出并形成圆柱形气泡，借助气泡和冰晶的协同生长来组装构建单元。在去除气泡和冰晶模板后，最终形成藤条仿生结构材料。与传统用于制造各向异性多孔泡沫的冰模板技术不同，气泡冷冻铸造技术可以构筑完美开放且相互连接的多尺度通道，理想地模拟了具有优异的液体输送能力的天然藤条。这项研究朝着多尺度长程有序孔结构的构筑迈出了重要的一步，可能对未来仿生多尺度有序结构材料的设计具有重要的指导意义。这种方法可能用于组装各种构建单元(例如聚合物、陶瓷粉末和多种纳米颗粒)，以制造多功能的多尺度长程有序多孔材料。

图1.藤条及其微观结构

图2.人工藤条的构建及其微观结构

   相关研究以题为“Bubble freeze casting artificial rattan”的文章发表在CEJ上。翟文涛教授为通讯作者，中山大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。该研究工作受到国家自然科学基金、中山大学高校基本科研业务费的大力支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722033575#f0005 

初审：袁湛楠、卢斯佳

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军