冷冻铸造技术能够制造出具有高多孔性和分层结构的大表面积材料。这些材料适用于多种应用，如电池电极、催化剂材料或生物医学领域。
目前，由美国波士顿东北大学的Ulrike G. K. Wegst教授和柏林亥姆霍兹中心的Francisco García Moreno博士领导的研究团队，在瑞士的保罗·谢尔研究所利用新开发的x射线断层扫描技术，以高分辨率实时观察了糖溶液作为模型系统的冻结过程中的结构形成。
冷冻铸造过程包括几个步骤：首先，将物质溶解或悬浮在溶剂中，然后在底部施加冷却速率（定向凝固）的模具中进行冷冻。冷冻后，通过升华去除固体溶剂相，留下的是先前溶解的溶质分子和悬浮粒子，形成复杂且高度多孔的结构细胞壁。
冻铸材料在许多领域都有应用，例如，因其巨大的内部表面积可作为电池电极或催化剂，或在生物医学应用中作为周围神经修复的支架。然而，关于冰在冷冻过程中如何形成复杂结构，以及期望的蜂窝状孔隙和各种表面特征的细胞壁是如何形成的，至今仍知之甚少。
Francisco García Moreno博士及其在柏林亥姆霍兹中心的团队开发了一种方法，以详细观察这些高度动态的过程。“通过x射线断层扫描，我们能够以高空间和时间分辨率成像原位结构的形成，甚至观察到瞬态现象和过渡结构，”这位物理学家解释道。
HZB团队与保罗·谢尔研究所瑞士光源的同事合作，利用超快转盘、强x射线、极快探测器和快速分析x射线数据的软件，在模型系统和演示中研究冷冻铸造，验证了该方法的高性能。
“在这项研究中，我们开发了一种带有传感器的新型测量单元，可以精确记录温度梯度，”该研究的主要作者保罗·卡姆博士（HZB）表示。生成的三维层析图具有6µm/s的空间分辨率，整个冷冻过程记录了270秒。
来自美国东北大学的Ulrike G. K. Wegst教授建议使用糖水溶液作为聚合物模型体系，因为该体系可以通过计算模拟，并且水溶液在冷冻铸造过程中仍占主导地位。Wegst表示：“我们现在能够首次通过实验观察到定向冰晶从液相生长的动力学。”
“在这个过程中，这些图像记录了晶体生长过程中的不稳定性是如何形成的，这些不稳定性又是如何塑造糖相的，以及细胞壁上如何形成特征性的、有机的结构，这些结构让人联想到水母和触手。”同样有趣的是，其中一些结构可能会再次消失。
该论文已发表在《高级功能材料》杂志上。
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评论列表（4条）
我是的签约作者“svs”！
希望本篇文章《三维实时拍摄冻结铸造过程中的结构形成》能对你有所帮助！
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