北京
聚合物发泡与多孔材料是一类具有孔洞结构的轻质聚合物材料，又称为聚合物泡沫. 根据孔洞连通性的差异，可以将聚合物泡沫分为闭孔结构和开孔结构. 聚合物基材、孔结构和气体/泡壁界面特征等决定了开/闭孔聚合物泡沫的性质. 多样的聚合物基体以及丰富的孔结构赋予聚合物泡沫丰富的性能，使其在日常生活和工业生产中发挥着重要作用.
图1 闭孔和开孔聚合物发泡与多孔材料的结构特征及其性质
超临界流体物理发泡是以氮气或二氧化碳超临界流体等为物理发泡剂制备聚合物发泡材料的方法.得益于工艺的绿色环保、所得泡孔结构均匀且微小、制备方法多样等优势，物理发泡技术在学术界和产业界受到越来越多的关注. 物理发泡所制备的热塑弹性体发泡材料具有加工过程环保、发泡制品可熔融回收的优势，同时具有优异的弹性性能和低的压缩永久形变，已经成功应用于发泡鞋材、缓冲垫等运动防护领域. 同时，超临界流体微发泡技术可以在生物可降解聚合物中引入大量且均匀的孔洞结构，这降低了生物可降低材料的密度、改善了材料的韧性，因而有望降低生物可降解制品的成本和拓宽其应用范围.
尽管如此，超临界流体物理发泡制得的发泡材料以闭孔为主，选用相分离法和冰晶模板法则可以实现具有开孔结构的聚合物多孔材料的制备.借助相分离法，可以使聚合物多孔材料复合更多的纳米填料，实现更为优异的功能性.
中山大学翟文涛课题组在《科学通报》发表评述文章，总结了课题组在相分离法制备聚合物/氧化石墨烯复合多孔材料的系统工作。
通过相分离法可将高达10~30 wt%的氧化石墨烯均匀地或者选择性地分散在聚合物多孔材料中，从而赋予聚合物复合多孔材料良好的电磁屏蔽效能和吸收电磁波的特征，这有利于减少电磁波泄漏及其导致的二次污染问题. 物理发泡法和相分离法得到的多孔结构多呈现出较为均匀的分布，但泡孔结构的取向程度低且孔洞间不能相互连通.基于冰晶模板法的定向冷冻技术提供了一种在聚合物体系中获得高度有序孔洞结构的方法.借助定向冷冻技术，可以构筑具有单一尺度的有序孔结构，所制备的有序多孔泡沫表现出优异的液体吸附性能，在液体快速吸附、液体主动运输和油水分离等领域具有巨大的应用前景.
在“双碳驱动高质量发展”战略的牵引下，以超临界流体为绿色发泡剂的低碳发泡技术获得市场认可，大量相关的研发产品不断从实验室走向市场，聚合物发泡与多孔材料得到了更多的关注 . 不过，聚合物发泡和多孔材料领域仍有众多问题和挑战亟需解决： (1) 聚焦不断发展的应用场景，开发特定几何形态的 ( 如聚合物微孔薄膜、聚合物微孔纤维等 ) 和特殊功能的 ( 如满足 5G 、 6G 通讯应用的低介电性能 ) 聚合物发泡材料，深入研究材料结构 - 性能关系，满足材料的应用需求； (2) 借助仿生设计原理，创新制孔方法，开发高性能聚合物发泡与多孔功能材料； (3) 充分利用孔洞结构给聚合物材料带来的优势，开发多功能以及智能材料 .
江俊杰, 刘华文, 田方伟, 陈哔炽, 翟文涛*. 聚合物发泡与多孔功能材料的研究与应用进展. 科学通报, 2024, 69(20): 2964–2977,
https://doi.org/10.1360/TB-2024-0190
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