From aligned structures to enhanced performance: a review on freeze-cast hydrogels and functional applications

自愈水凝胶 材料科学 纳米技术 制作 各向同性 聚合物 铸造 各向异性 渲染(计算机图形) 机械强度 仿生学 组织工程 液晶 纳米- 计算机科学
作者
Mengye Luo,Jiayi Liu,Jiaxing Yao,Pengcheng Zhao,Simin Liu,Shuzhang Liao,Hongzhang Zhu,Rong Cai,Ziguang Zhao,Yi Chen
出处
期刊:Chemical Communications [Royal Society of Chemistry]
卷期号:62 (25): 6677-6695
标识
DOI:10.1039/d5cc07185b
摘要

Traditional hydrogels lack a uniform isotropic network structure, rendering them unsuitable for applications requiring complex mechanical properties. Freeze casting is a kind of self-assembly technology of polymer chains and functional fillers through directional ice crystal growth and a specific ice crystal template. This approach enables the construction of hydrogels with anisotropic multilevel pore structures, providing an effective pathway to overcome performance limitations. This paper provides a systematic review of research progress in freeze casting technology for preparing high-performance hydrogels. The core fabrication processes for hydrogels utilizing this technique are discussed, including template design, key parameter control for directional freezing, and post-processing enhancement strategies. Hydrogel systems incorporating physical crosslinking, chemical crosslinking, and dual crosslinking mechanisms are summarized. Enhancements in the mechanical properties of hydrogels and their applications in biomedicine, flexible electronics, and green cleaning are reviewed. Finally, challenges in cross-scale precision control and industrial-scale reproducible fabrication are addressed, along with future outlook.
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