【派迈大讲堂】通过前端聚合制备各向异性泡沫
新材料创造新价值，做自主研发的领跑者
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2021年11月11日，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校贝克曼高等科技学院的Prof. Jeffrey S. Moore课题组在Advanced Materials上发表了成果，通过前端聚合制备各向异性泡沫。
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泡沫是一类重要的多孔固体，其特性对其基本隔室的体积分数和开放性最为敏感；单元的大小、形状、方向和互连性是其他重要的设计属性。对这些形态特征的控制将允许定制制造有用的材料。虽然像冰模板这样的方法已经产生了具有细长细胞的泡沫，但仍需要快速、通用和节能的方法，这些方法还可以控制细胞元素的局部有序和宏观排列。
在这里，作者描述了一种使用快速、高效、低成本的正面聚合方法获得了各向异性结构泡沫。泡沫是通过正面开环复分解聚合(FROMP)固化双环戊二烯和发泡剂（如环己烷）的混合物制成（图1），在PDCPD泡沫中引入了理想的形态特征，基于FP过程的物理化学原理，假设了各向异性结构的形成。
图1
作者初步的理论原理考虑了前沿边界的温度和粘度的热力学梯度场，然而却发现凝胶形成树脂的流变学是实现各向异性的一个重要属性。通过实验证明了改变发泡剂、浓度和凝胶化时间，可以很容易地调整泡沫的形态。
使用微型计算机断层扫描(micro-CT)和图像分析协议对材料进行表征，以量化形态特征。泡沫的多孔结构、孔隙率和硬度随发泡剂、浓度和树脂粘度而变化并且使用了全因子设计来建立发泡剂、浓度和凝胶化时间与泡沫的体积分数和各向异性之间的关系。（图2）
图2
此外，证明了泡沫通过聚合物固体在受控制的方向可以较远距离的传输液体（图2），包括轴向排列和径向排列的孔隙结构，这种材料在研究通过微孔结构传送物质的血管化系统中具有潜在的应用价值。
通过FP制备的孔隙结构可以作为模板来控制其他类型泡沫的形态，使该技术的适用性多样化。使用简单有效的正面聚合方法可控制生产具有特定形态的泡沫。变量的全因子组合用于将每个参数与获得的泡沫的结构相关联。
参考文献：
Diego M. Alzate-Sanchez, Morgan M. Cencer, Michael Rogalski, Mariana E. Kersh,
Nancy Sottos, and Jeffrey S. Moore, Anisotropic Foams via Frontal Polymerization
Adv. Mater. 2022, 34, 2105821
撰文｜XH204
美编｜派迈新材料
审核｜派迈新材料
