Controlling ice formation on gradient wettability surface for high-performance bioinspired materials

润湿 材料科学 层状结构 成核 韧性 多孔性 复合材料 纳米技术 化学 有机化学
作者
Nifang Zhao,Meng Li,Huaxin Gong,Hao Bai
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:6 (31) 被引量:98
标识
DOI:10.1126/sciadv.abb4712
摘要

Ice-templating holds promise to become a powerful technique to construct high-performance bioinspired materials. Both ice nucleation and growth during the freezing process are crucial for the final architecture of the ice-templated material. However, effective ways to control these two very important factors are still lacking. Here, we demonstrate that successive ice nucleation and preferential growth can be realized by introducing a wettability gradient on a cold finger. A bulk porous material with a long-range lamellar pattern was obtained using a linear gradient, yielding a high-performance, bulk nacre-mimetic composite with excellent strength and toughness after infiltration. In addition, cross-aligned and circular lamellar structures can be obtained by freeze-casting on surfaces modified with bilayer linear gradient and radial gradient, respectively, which are impossible to realize with conventional freeze-casting techniques. Our study highlights the potential of harnessing the rich designability of surface wettability patterns to build high-performance bulk materials with bioinspired complex architectures.
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