Замораживание-литье

Замороженный глинозем, который был частично спечен. Направление застывания на изображении вверх.

Замораживание-литье , также часто называемое шаблонизацией льда , замораживанием-литьем или выравниванием замораживания , представляет собой метод, который использует высокоанизотропное поведение затвердевания растворителя (обычно воды) в хорошо диспергированном растворе или суспензии для контролируемого шаблонирования направленно-пористой керамики , ^{[1] [2] [3] [4]} полимеров, ^{[5] [6]} металлов ^[7] и их гибридов. ^[8] Подвергая водный раствор или суспензию направленному градиенту температуры, кристаллы льда будут зарождаться с одной стороны и расти вдоль градиента температуры. Кристаллы льда будут перераспределять растворенное вещество и взвешенные частицы по мере их роста в растворе или суспензии, эффективно шаблонизируя ингредиенты, которые распределены в растворе или суспензии.

После завершения затвердевания замороженный шаблонный композит помещают в сублимационную сушилку для удаления кристаллов льда. Полученное зеленое тело содержит анизотропные макропоры в копии сублимированных кристаллов льда и структуры от микропор до перламутровой упаковки ^[9] между керамическими или металлическими частицами в стенках. Стенки, шаблонизированные морфологией кристаллов льда, часто демонстрируют односторонние особенности. ^[10] Вместе они создают иерархически структурированную ячеистую структуру. ^[11] Эта структура часто спекается для металлов и керамики и сшивается для полимеров, чтобы консолидировать стенки частиц и обеспечить прочность пористого материала. Пористость, остающаяся после сублимации кристаллов растворителя, обычно составляет от 2 до 200 мкм.

Обзор

Первое наблюдение за ячеистыми структурами, полученными в результате замерзания воды, датируется более чем столетием ^[12], но первый зарегистрированный случай литья замораживанием, в современном смысле, был в 1954 году, когда Максвелл и др. ^[13] попытались изготовить лопатки турбонагнетателя из огнеупорных порошков. Они заморозили чрезвычайно толстые пластины карбида титана , получив отливки почти чистой формы, которые было легко спекать и обрабатывать. Целью этой работы, однако, было изготовление плотной керамики. Только в 2001 году, когда Фукасава и др. ^[14] создали направленно пористые отливки из оксида алюминия, идея использования литья замораживанием как средства создания новых пористых структур действительно закрепилась. С тех пор исследования значительно расширились, и за последнее десятилетие вышли сотни статей. ^[15]

Принципы литья под давлением применимы к широкому диапазону комбинаций частиц и суспензионных сред. Вода, безусловно, является наиболее часто используемой суспензионной средой, и при сушке под давлением легко способствует этапу сублимации, который необходим для успеха процессов литья под давлением. Благодаря высокому уровню контроля и широкому диапазону возможных пористых микроструктур, которые может производить литье под давлением, эта технология была принята в различных областях, таких как тканевые каркасы , ^{[16] [17]} фотоника , ^[18] композиты с металлической матрицей , ^[19] стоматология , ^[20] материаловедение , ^{[21] [22] [23]} и даже пищевая наука . ^[24]

Существует три возможных конечных результата однонаправленного замораживания суспензии частиц. Во-первых, рост льда происходит как плоский фронт, толкающий частицы вперед, как бульдозер толкает кучу камней. Этот сценарий обычно происходит при очень низких скоростях затвердевания (< 1 мкм с ^{−1 ) или} с чрезвычайно мелкими частицами, поскольку они могут двигаться броуновским движением от фронта. Результирующая структура не содержит макропор. Если бы кто-то увеличил скорость затвердевания, размер частиц или твердую нагрузку умеренно, частицы начали бы взаимодействовать значимым образом с приближающимся ледяным фронтом. Результатом обычно является пластинчатая или ячеистая шаблонная структура, точная морфология которой зависит от конкретных условий системы. Именно этот тип затвердевания предназначен для пористых материалов, изготовленных методом замораживания-литья. Третья возможность для замораживания-литья структуры возникает, когда частицам дается недостаточно времени для отделения от суспензии , что приводит к полной инкапсуляции частиц внутри ледяного фронта. Это происходит, когда скорость замерзания высока, размер частиц становится достаточно большим или когда загрузка твердых частиц достаточно высока, чтобы препятствовать движению частиц. ^[4] Чтобы обеспечить шаблонизацию, частицы должны быть выброшены из приближающегося фронта. Энергетически говоря, это произойдет, если произойдет общее увеличение свободной энергии , если частица будет поглощена (Δσ > 0) .

Для замораживания, чтобы получить выровненные поры, твердые частицы должны быть отброшены фронтом затвердевания. В противном случае шаблонизация льда не произойдет, поскольку частицы будут равномерно распределены по всей замороженной системе. В зависимости от скорости фронта замораживания, размера частиц и загрузки твердых частиц возможны три морфологических результата: (a) плоский фронт, где все частицы выталкиваются вперед льдом, (b) пластинчатый/ячеистый фронт, где кристаллы льда являются шаблонными частицами, или (c) частицы поглощаются, не создавая никакого порядка. ^[25]

${\displaystyle \Delta \sigma =\sigma _{ps}-(\sigma _{pl}+\sigma _{sl})}$

где Δσ — изменение свободной энергии частицы, σ _ps — поверхностный потенциал между частицей и границей раздела, σ _pl — потенциал между частицей и жидкой фазой, а σ _sl — поверхностный потенциал между твердой и жидкой фазами. Это выражение справедливо при низких скоростях затвердевания, когда система лишь немного смещена от равновесия. При высоких скоростях затвердевания необходимо также учитывать кинетику . Между фронтом и частицей будет жидкая пленка для поддержания постоянного переноса молекул, которые включаются в растущий кристалл. Когда скорость фронта увеличивается, эта толщина пленки (d) будет уменьшаться из-за увеличения сил сопротивления. Критическая скорость (v _c ) возникает, когда пленка больше не достаточно толстая, чтобы обеспечить необходимое молекулярное снабжение. При этой скорости частица будет поглощена. Большинство авторов выражают v _c как функцию размера частицы, где . Переход от пористой R (пластинчатой) морфологии к морфологии, в которой большинство частиц удерживается, происходит при v _c , которая обычно определяется как: ^[3] ${\displaystyle v_{c}\propto {\tfrac {1}{R}}}$

${\displaystyle v_{c}={\frac {\Delta \sigma d}{3\eta R}}\left({\frac {a_{0}}{d}}\right)^{z}}$

где a ₀ — среднее межмолекулярное расстояние молекулы, замерзающей в жидкости, d — общая толщина жидкой пленки, η — вязкость раствора , R — радиус частицы, а z — показатель степени, который может изменяться от 1 до 5. ^[26] Как и ожидалось, v _c уменьшается с увеличением радиуса частицы R.

Схема взаимодействия частицы в жидкой фазе с приближающимся фронтом затвердевания.

Васчкис и др. ^[27] изучали структуру разбавленных и концентрированных замороженных отливок от низких (< 1 мкм с ⁻¹ ) до чрезвычайно высоких (> 700 мкм с ⁻¹ ) скоростей затвердевания. В результате этого исследования они смогли создать морфологические карты для замороженных отливок, изготовленных в различных условиях. Такие карты отлично подходят для отображения общих тенденций, но они весьма специфичны для системы материалов, из которой они были получены. Для большинства применений, где замороженные отливки будут использоваться после замораживания, связующие вещества необходимы для обеспечения прочности в сыром состоянии. Добавление связующего вещества может значительно изменить химию в замороженной среде, понижая точку замерзания и затрудняя движение частиц, что приводит к захвату частиц на скоростях, намного ниже прогнозируемой v _c . ^[27] Однако, если предположить, что мы работаем на скоростях ниже v _c и выше тех, которые создают плоский фронт, мы достигнем некоторой ячеистой структуры как с ледяными кристаллами, так и со стенками, состоящими из упакованных керамических частиц. Морфология этой структуры связана с некоторыми переменными, но наиболее влиятельной является градиент температуры как функция времени и расстояния вдоль направления замерзания.

Замороженные литые структуры имеют по крайней мере три очевидных морфологических области. ^[28] На стороне, где начинается замораживание, находится почти изотропная область без видимых макропор, называемая начальной зоной (IZ). Сразу после IZ находится переходная зона (TZ), где макропоры начинают формироваться и выравниваться друг с другом. Поры в этой области могут казаться ориентированными случайным образом. Третья зона называется зоной устойчивого состояния (SSZ), макропоры в этой области выровнены друг с другом и растут регулярным образом. Внутри SSZ структура определяется значением λ, которое является средней толщиной керамической стенки и прилегающей к ней макропоры.

Начальная зона: механизмы зарождения и роста

Хотя способность льда отталкивать взвешенные частицы в процессе роста известна давно, механизм остается предметом некоторых дискуссий. Первоначально считалось, что в моменты, непосредственно следующие за зарождением кристаллов льда, частицы отталкиваются от растущего плоского фронта льда, что приводит к образованию конституционно переохлажденной зоны непосредственно перед растущим льдом. Эта нестабильная область в конечном итоге приводит к возмущениям, разбивающим плоский фронт на столбчатый фронт льда, явление, более известное как неустойчивость Маллинза-Серкерки. После распада кристаллы льда растут вдоль градиента температуры, отталкивая керамические частицы из жидкой фазы в сторону, так что они накапливаются между растущими кристаллами льда. Однако недавняя рентгенография in-situ направленно замороженных суспензий оксида алюминия выявила другой механизм. ^[29]

Переходная зона: меняющаяся микроструктура

По мере замедления затвердевания и кинетики роста, ограничивающей скорость, кристаллы льда начинают исключать частицы, перераспределяя их в суспензии. Развивается конкурентный процесс роста между двумя популяциями кристаллов, теми, чьи базальные плоскости выровнены с термическим градиентом (z-кристаллы), и теми, которые ориентированы случайным образом (r-кристаллы), что приводит к началу TZ. ^{[28] [30] [31]}

Существуют колонии одинаково выровненных кристаллов льда, растущих по всей суспензии. Существуют тонкие пластинки выровненных z-кристаллов, растущих с их базальными плоскостями, выровненными с термическим градиентом. r-кристаллы выглядят в этом поперечном сечении как пластинки, но на самом деле они больше всего похожи на столбчатые дендритные кристаллы, разрезанные по диагонали. В переходной зоне r-кристаллы либо прекращают рост, либо превращаются в z-кристаллы, которые в конечном итоге становятся преобладающей ориентацией и приводят к стационарному росту. Есть несколько причин, по которым это происходит. Во-первых, во время замораживания растущие кристаллы имеют тенденцию выстраиваться в соответствии с температурным градиентом, так как это конфигурация с наименьшей энергией и термодинамически предпочтительная. Однако выровненный рост может означать две разные вещи. Если предположить, что температурный градиент вертикальный, растущий кристалл будет либо параллелен (z-кристалл), либо перпендикулярен (r-кристалл) этому градиенту. Кристалл, который лежит горизонтально, все еще может расти в соответствии с температурным градиентом, но это будет означать рост на его грани, а не на его ребре. Поскольку теплопроводность льда настолько мала (1,6 - 2,4 Вт мК ₋ ¹ ) по сравнению с большинством других керамических материалов (например, Al2O3 = ₄₀ Вт мК ⁻¹ ), растущий лед будет иметь значительный изолирующий эффект на локализованные тепловые условия внутри пульпы. Это можно проиллюстрировать с помощью простых резистивных элементов. ^{[28] [32]}

Демонстрирует тепловое сопротивление двух крайних случаев кристаллографического выравнивания.

Когда кристаллы льда выровнены базальными плоскостями параллельно градиенту температуры (z-кристаллы), их можно представить как два резистора, соединенных параллельно. Однако тепловое сопротивление керамики значительно меньше, чем у льда, поэтому кажущееся сопротивление можно выразить как меньшее R _{керамика} . Если кристаллы льда выровнены перпендикулярно градиенту температуры (r-кристаллы), их можно аппроксимировать как два последовательных резисторных элемента. В этом случае R _лед является ограничивающим и будет определять локальные тепловые условия. Более низкое тепловое сопротивление для случая z-кристалла приводит к более низким температурам и большему тепловому потоку на кончиках растущих кристаллов, что стимулирует дальнейший рост в этом направлении, в то время как в то же время большое значение R _лед препятствует росту r-кристаллов. Каждый кристалл льда, растущий в суспензии, будет представлять собой некоторую комбинацию этих двух сценариев. Термодинамика предписывает, что все кристаллы будут стремиться выровняться с предпочтительным градиентом температуры, в результате чего r-кристаллы в конечном итоге уступают место z-кристаллам, что можно увидеть на следующих рентгенограммах, сделанных в пределах TZ. ^[33]

Когда z-кристаллы становятся единственной значимой кристаллической ориентацией, фронт льда растет в устойчивом режиме, за исключением того, что нет никаких существенных изменений в условиях системы. В 2012 году было замечено, что в начальные моменты замораживания существуют дендритные r-кристаллы, которые растут в 5-15 раз быстрее, чем затвердевающий фронт. Они выстреливают в суспензию впереди основного фронта льда и частично тают. ^[34] Эти кристаллы прекращают расти в точке, где TZ в конечном итоге полностью перейдет в SSZ. Исследователи определили, что эта конкретная точка отмечает положение, в котором суспензия находится в равновесном состоянии (т. е. температура замерзания и температура суспензии равны). ^[34] Тогда мы можем сказать, что размер начальной и переходной зон контролируется степенью переохлаждения за пределами уже низкой температуры замерзания. Если установка замораживания-литья контролируется таким образом, что зародышеобразование благоприятствует только небольшому переохлаждению, то TZ уступит место SSZ раньше. ^[34]

Зона устойчивого роста

Показаны различные тепловые профили и их влияние на последующую микроструктуру замороженных отливок.

Структура в этой конечной области содержит длинные выровненные ламели, которые чередуются между кристаллами льда и керамическими стенками. ^{[4] [28] [32]} Чем быстрее замораживается образец, тем мельче будут его кристаллы растворителя (и его конечная макропористость). Внутри SSZ нормальные скорости, которые можно использовать для коллоидного шаблонирования, составляют 10–100 мм с ^{−1 [30],} что приводит к кристаллам растворителя, как правило, от 2 мм до 200 мм. Последующая сублимация льда внутри SSZ дает зеленую керамическую заготовку с пористостью, почти точной копией этих кристаллов льда. ^[2] Микроструктура замороженного литья внутри SSZ определяется его длиной волны (λ) , которая представляет собой среднюю толщину одной керамической стенки плюс ее соседнюю макропору. ^[3] В нескольких публикациях сообщалось о влиянии кинетики затвердевания на микроструктуры замороженных литых материалов. ^{[2] [4] [35]} Было показано, что λ следует эмпирическому степенному закону зависимости от скорости затвердевания (υ) (уравнение 2.14): ^[35]

${\displaystyle \lambda =A\nu ^{-n}}$

Как A, так и υ используются в качестве подгоночных параметров, поскольку в настоящее время нет способа рассчитать их из первых принципов, хотя обычно считается, что A связано с параметрами пульпы, такими как вязкость и содержание твердого вещества ^{[3] [27],} тогда как n зависит от характеристик частиц. ^[36]

Управление пористой структурой

Покадровая анимация процесса замораживания-литья.

Существует две основные категории инструментов для архитектуры freeze-cast:

1. Химический состав системы — замораживающая среда и выбранные твердые частицы, любые дополнительные связующие вещества, диспергаторы или добавки.
2. Условия эксплуатации — температурный профиль, атмосфера, материал формы, поверхность замерзания и т. д.

Первоначально система материалов выбирается на основе того, какой тип конечной структуры необходим. В этом обзоре основное внимание уделялось воде как средству замораживания, но есть и другие растворители, которые можно использовать. В частности, камфен , который является органическим растворителем, воскообразным при комнатной температуре. Замораживание этого раствора приводит к образованию сильно разветвленных дендритных кристаллов. ^[37] Однако после того, как система материалов установлена, большая часть микроструктурного контроля осуществляется за счет внешних рабочих условий, таких как материал формы и температурный градиент.

Контроль размера пор

Микроструктурную длину волны (средняя толщина пор + стенки) можно описать как функцию скорости затвердевания v (λ= Av ⁻ⁿ ), где A зависит от загрузки твердых частиц. ^{[22] [38]} Тогда есть два способа, которыми можно контролировать размер пор. Первый — изменить скорость затвердевания, которая затем изменяет микроструктурную длину волны, или можно изменить загрузку твердых частиц. При этом изменяется соотношение размера пор к размеру стенки. ^[22] Часто более разумно изменить скорость затвердевания, поскольку обычно желательна минимальная загрузка твердых частиц. Поскольку микроструктурный размер (λ) обратно пропорционален скорости фронта замораживания, более высокие скорости приводят к более тонким структурам, в то время как более низкие скорости создают грубую микроструктуру. Поэтому контроль скорости затвердевания имеет решающее значение для возможности контролировать микроструктуру. ^{[27] [38] [39] [40]}

Контроль формы пор

Добавки могут оказаться весьма полезными и универсальными в изменении морфологии пор. Они работают, влияя на кинетику роста и микроструктуру льда в дополнение к топологии интерфейса лед-вода. ^[41] Некоторые добавки работают, изменяя фазовую диаграмму растворителя. Например, вода и NaCl имеют эвтектическую фазовую диаграмму . Когда NaCl добавляется в суспензию для литья под давлением, твердая фаза льда и жидкие области разделяются зоной, где могут сосуществовать как твердые вещества, так и жидкости. Эта соленая область удаляется во время сублимации, но ее существование оказывает сильное влияние на микроструктуру пористой керамики. ^[41] Другие добавки работают, либо изменяя межфазные поверхностные энергии между твердым телом/жидкостью и частицей/жидкостью, изменяя вязкость суспензии или степень переохлаждения в системе. Исследования проводились с глицерином , ^[42] сахарозой , ^[41] этанолом , ^[41] уксусной кислотой ^[42] и другими.

Статические и динамические профили замораживания

Если используется установка для литья под давлением с постоянной температурой по обе стороны от системы замораживания (статическое литье под давлением), скорость затвердевания фронта в зоне замораживания со временем уменьшится из-за увеличения теплового буфера, вызванного растущим фронтом льда. ^{[28] [32]} Когда это происходит, анизотропным кристаллам льда дается больше времени для роста перпендикулярно направлению замораживания (ось с), что приводит к образованию структуры с ледяными пластинками, толщина которых увеличивается по длине образца.

Статические и динамические профили замораживания в стационарном режиме замораживания

Для обеспечения высокоанизотропного, но предсказуемого поведения затвердевания в пределах SSZ предпочтительны динамические модели замораживания. ^{[29] [32]} Используя динамическое замораживание, скорость фронта затвердевания и, следовательно, размер кристаллов льда можно контролировать с помощью изменяющегося градиента температуры. Возрастающий температурный градиент противодействует эффекту растущего теплового буфера, налагаемого растущим фронтом льда. ^{[28] [32]} Было показано, что линейное уменьшение температуры на одной стороне замороженной отливки приведет к почти постоянной скорости затвердевания, что даст кристаллы льда с почти постоянной толщиной вдоль SSZ всего образца. ^[32] Однако, как указали Вашкис и др., даже при постоянной скорости затвердевания толщина кристаллов льда немного увеличивается в ходе замораживания. ^[38] В отличие от этого, Флаудер и др. продемонстрировали, что экспоненциальное изменение температуры на охлаждающей пластине приводит к постоянной толщине кристаллов льда в пределах всей SSZ, ^[39] что было приписано измеримо постоянной скорости фронта льда в отдельном исследовании. ^[40] Этот подход позволяет предсказать скорость фронта льда из тепловых параметров суспензии. Следовательно, если известна точная связь между диаметром пор и скоростью фронта льда, можно достичь точного контроля над диаметром пор.

Анизотропия кинетики интерфейса

Даже если градиент температуры в суспензии идеально вертикальный, часто можно увидеть наклон или искривление ламелей по мере их роста через суспензию. Чтобы объяснить это, можно определить два различных направления роста для каждого кристалла льда. ^[3] Существует направление, определяемое градиентом температуры, и направление, определяемое предпочтительным направлением роста, если говорить кристаллографически. Эти углы часто противоречат друг другу, и их баланс будет описывать наклон кристалла.

Неперекрывающиеся направления роста также помогают объяснить, почему дендритные текстуры часто видны в замороженных отливках. Эта текстура обычно обнаруживается только на стороне каждой пластины; направление наложенного температурного градиента. Оставшаяся керамическая структура показывает негативное изображение этих дендритов. В 2013 году Девиль и др. ^[43] сделали наблюдение, что периодичность этих дендритов (расстояние от кончика до кончика) на самом деле, по-видимому, связана с первичной толщиной кристалла.

Эффекты упаковки частиц

До сих пор основное внимание уделялось структуре самого льда; частицы почти второстепенны в процессе шаблонизации, но на самом деле частицы могут играть и играют значительную роль во время литья замораживанием. Оказывается, что расположение частиц также меняется в зависимости от условий замораживания. Например, исследователи показали, что скорость замораживания оказывает заметное влияние на шероховатость стенок. Более высокие скорости замораживания приводят к более шероховатым стенкам, поскольку частицам дается недостаточно времени для перегруппировки. ^{[26] [44]} Это может быть полезно при разработке проницаемых газотранспортных мембран, где извилистость и шероховатость могут препятствовать потоку газа. Также оказывается, что z- и r-кристаллы не взаимодействуют с керамическими частицами одинаково. Z-кристаллы упаковывают частицы в плоскости xy, тогда как r-кристаллы упаковывают частицы в основном в z-направлении. R-кристаллы на самом деле упаковывают частицы более эффективно, чем z-кристаллы, и из-за этого доля площади фазы, богатой частицами (1 - доля площади кристаллов льда), изменяется по мере того, как популяция кристаллов смещается от смеси z- и r-кристаллов только к z-кристаллам. Начиная с того места, где кристаллы льда впервые начинают исключать частицы, отмечая начало переходной зоны, мы имеем большинство r-кристаллов и высокое значение доли фазы, богатой частицами. Мы можем предположить, что, поскольку скорость затвердевания все еще высока, частицы не будут упакованы эффективно. Однако по мере замедления скорости затвердевания доля площади фазы, богатой частицами, падает, что указывает на увеличение эффективности упаковки. В то же время происходит конкурентный процесс роста, заменяющий r-кристаллы z-кристаллами. В определенный момент, приближающийся к концу переходной зоны, доля фазы, богатой частицами, резко возрастает, поскольку z-кристаллы менее эффективны в упаковке частиц, чем r-кристаллы. Вершина этой кривой отмечает точку, где присутствуют только z-кристаллы (SSZ). Во время стационарного роста, после достижения максимальной доли фазы, богатой частицами, эффективность упаковки увеличивается по мере достижения стационарного состояния. В 2011 году исследователи из Йельского университета приступили к исследованию фактической пространственной упаковки частиц внутри стенок. Используя малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS), они охарактеризовали размер частиц, форму и межчастичное расстояние номинально 32 нм суспензий кремнезема , которые были подвергнуты замораживанию-литью с разными скоростями. ^[45] Компьютерное моделирование показало, что для этой системы частицы внутри стенок не должны соприкасаться, а должны быть отделены друг от друга тонкими пленками льда. Однако тестирование показало, что частицы на самом деле соприкасались и, более того, они достигли упакованной морфологии, которую нельзя объяснить типичными процессами равновесного уплотнения. ^[45]

Морфологическая нестабильность

В идеальном мире пространственная концентрация частиц в пределах SSZ оставалась бы постоянной в течение всего затвердевания. Однако, как это происходит, концентрация частиц изменяется во время сжатия, и этот процесс очень чувствителен к скорости затвердевания. При низких скоростях замораживания происходит броуновское движение , позволяющее частицам легко отходить от поверхности раздела твердое тело-жидкость и поддерживать однородную суспензию. В этой ситуации суспензия всегда теплее затвердевшей части. При высоких скоростях затвердевания, приближающихся к VC, концентрация и градиент концентрации на поверхности раздела твердое тело-жидкость увеличиваются, поскольку частицы не могут достаточно быстро перераспределиться. Когда она достаточно накопится, точка замерзания суспензии будет ниже градиента температуры в растворе, и может возникнуть морфологическая нестабильность. ^[17] В ситуациях, когда концентрация частиц просачивается в диффузионный слой, как фактическая, так и температура замерзания опускаются ниже равновесной температуры замерзания, создавая нестабильную систему. ^[30] Часто такие ситуации приводят к образованию так называемых ледяных линз.

Эти морфологические нестабильности могут захватывать частицы, препятствуя полному перераспределению и приводя к неоднородному распределению твердых веществ вдоль направления замораживания, а также к разрывам в керамических стенках, создавая пустоты большего размера, чем собственные поры в стенках пористой керамики. ^[46]

Механические свойства

Большинство исследований механических свойств замороженных литых конструкций сосредоточены на прочности материала на сжатие и его поведении при возрастающих напряжениях. По словам Эшби, механические свойства замороженной, открытопористой структуры могут быть приблизительно смоделированы с помощью анизотропного, ячеистого твердого тела. ^[47] К ним относятся природные материалы, такие как пробка и дерево, которые обладают свойствами, имеющими анизотропную структуру, и, следовательно, механическими свойствами, которые зависят от направления. Дониус и др. исследовали анизотропную природу замороженных аэрогелей , сравнивая их механическую прочность с изотропно замороженными аэрогелями. Они обнаружили, что модуль Юнга анизотропной структуры был значительно выше, чем у изотропных аэрогелей, особенно при испытании параллельно направлению замораживания. Модуль Юнга на несколько порядков выше в параллельном направлении по сравнению с направлением, перпендикулярным замораживанию, что демонстрирует анизотропные механические свойства. ^[48]

Механическое поведение замороженной литой конструкции можно классифицировать по отдельным областям. При низких деформациях ламели следуют линейному упругому поведению. Здесь ламели изгибаются под действием сжимающего напряжения и, таким образом, прогибаются. Согласно Эшби ^[47] , этот прогиб можно рассчитать с помощью теории одиночной балки, в которой каждая из ячеистых секций идеализируется как имеющая кубическую форму, где каждая из стенок ячеек предполагается балкообразными элементами с квадратным основанием. На основе этой идеализации величина изгиба в стенках ячеек под действием сжимающей силы определяется выражением, где — длина каждой ячейки, — второй момент площади, — модуль Юнга материала стенки ячейки, а — константа, зависящая от геометрии. Кроме того, мы обнаруживаем, что модуль Юнга всей конструкции пропорционален квадрату относительной плотности: . Это показывает, что плотность материала является важным фактором при проектировании конструкций, которые могут выдерживать нагрузки, и что модуль Юнга конструкции в значительной степени определяется пористостью конструкции. ^{[47] [49]} За пределами линейной области ламели начинают упруго изгибаться и деформироваться нелинейно. На кривой напряжение-деформация это показано в виде плоского плато. Критическая нагрузка, при которой начинается изгиб, определяется как: где - константа, зависящая от граничных ограничений конструкции. Это один из основных механизмов разрушения для замороженных литых материалов. ^{[49] [50]} Из этого следует, что максимальное сжимающее напряжение, которое может выдерживать анизотропное пористое твердое тело, определяется как: где - напряжение разрушения для объемного материала. ^[51] Эти модели показывают, что выбор объемного материала может существенно повлиять на механический отклик замороженных литых конструкций под напряжением. Другие микроструктурные характеристики, такие как толщина ламелей, морфология пор и степень макропористости, также могут сильно влиять на прочность на сжатие и модуль Юнга этих высокоанизотропных структур. ^[50] ${\displaystyle \delta }$ ${\displaystyle F}$ ${\displaystyle \delta ={\frac {C_{1}Fl^{3}}{12E_{s}I}}}$ ${\displaystyle l}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle E_{s}}$ ${\displaystyle C_{1}}$ ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle {\frac {E}{E_{s}}}=C_{2}({\frac {\rho }{\rho _{s}}})^{2}}$ ${\displaystyle F_{cr}={\frac {n^{2}\pi ^{2}E_{s}I}{l^{2}}}}$ ${\displaystyle n^{2}}$ ${\displaystyle \sigma ^{*}=\sigma _{s}{\frac {\rho }{\rho _{s}}}}$ ${\displaystyle \sigma _{s}}$

Новые методы замораживания

Методы литья под давлением и пластинчатые структуры, которые они производят ^[52]

Литье под заморозку может применяться для получения выровненной пористой структуры из различных строительных блоков, включая керамику , полимеры , биомакромолекулы, ^[53] графен и углеродные нанотрубки . Пока есть частицы, которые могут быть отброшены прогрессирующим фронтом замораживания, возможна шаблонная структура. Контролируя градиенты охлаждения и распределение частиц во время литья под заморозку, используя различные физические средства, можно контролировать ориентацию ламелей в полученных структурах, полученных методом заморозки, для обеспечения улучшенных характеристик в различных применяемых материалах. ^[54] Мунк и др. ^[41] показали, что можно контролировать дальнее расположение и ориентацию кристаллов, перпендикулярных направлению роста, путем шаблонизации поверхности зародышеобразования. Этот метод работает, обеспечивая места зародышеобразования с более низкой энергией для управления начальным ростом и расположением кристаллов. На ориентацию кристаллов льда также можно влиять, применяя электромагнитные поля , как это было продемонстрировано в 2010 году Тангом и др. ^[55] в 2012 году Портером и др. ^[56] и в 2021 году Инем и др. ^[57] Используя специализированные установки, исследователи смогли создать радиально выровненные замороженные слепки ^[58], предназначенные для биомедицинских приложений ^[59] и приложений фильтрации или разделения газов. ^[60] Вдохновленные природой, ученые также смогли использовать координирующие химикаты и криоконсервацию для создания удивительно отличительных микроструктурных архитектур. ^[42]

Замороженные литые материалы

Частицы, которые собираются в выровненные пористые материалы в процессах литья замораживанием, часто называют строительными блоками. Поскольку литье замораживанием стало широко распространенной технологией, спектр используемых материалов расширился. В последние годы графен ^[61] и углеродные нанотрубки ^[62] использовались для изготовления контролируемых пористых структур с использованием методов литья замораживанием, причем материалы часто демонстрируют выдающиеся свойства. В отличие от аэрогелевых материалов, полученных без ледяного шаблона, литые замораживанием структуры из углеродных наноматериалов имеют преимущество в том, что обладают выровненными порами, что позволяет, например, получать непревзойденные комбинации низкой плотности и высокой проводимости.

Применение замороженных литых материалов

Литье под заморозку уникально своей способностью создавать выровненные пористые структуры. Такие структуры часто встречаются в природе, и, следовательно, литье под заморозку стало ценным инструментом для изготовления биомиметических структур. Транспортировка жидкостей через выровненные поры привела к использованию литья под заморозку в качестве метода для биомедицинских применений, включая материалы для костных каркасов. ^[63] Выравнивание пор в структурах, полученных методом литья под заморозку, также придает необычайно высокое тепловое сопротивление в направлении, перпендикулярном выровненным порам. Литье под заморозку выровненных пористых волокон с помощью процессов прядения представляет собой многообещающий метод для изготовления высокоэффективных изолирующих предметов одежды.

Смотрите также

• Замораживание гелеобразования

Дальнейшее чтение

• Лоттермозер, А. (1908). «Uber das Ausfrieren von Hydrosolen». Химише Берихте . 41 (3): 532–540. дои : 10.1002/cber.19080410398.
• Дж. Лори, Литье под давлением: модифицированный золь-гель процесс , Университет Бата, Великобритания, докторская диссертация, 1995 г.
• М. Стэтхэм, Экономичное производство литых замораживанием керамических подложек для процесса распылительной формовки , Университет Бата, Великобритания, докторская диссертация, 1998 г.
• S. Deville, «Замораживание коллоидов: наблюдения, принципы, контроль и использование». Springer, 2017
• Вегст, Ульрике Г.К.; Камм, Пол Х.; Инь, Кайян; Гарсиа-Морено, Франциско (25 апреля 2024 г.). «Замораживание литья». Учебники по методам Nature Reviews . 4 (1). дои : 10.1038/s43586-024-00307-5 .

Внешние ссылки

• Веб-сайт с большим набором данных, позволяющий создавать графики [8]

Ссылки

1. Krauss Juillerat, Franziska (январь 2011 г.). «Микроструктурный контроль самозатвердевающих керамических пен, стабилизированных частицами». Журнал Американского керамического общества . 94 (1): 77–83. doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.04040.x .
2. Greene, Eric S. (20 октября 2006 г.). «Массовый перенос в электродах твердооксидных топливных элементов с градиентной микроструктурой». Journal of Power Sources . 161 (1): 225–231. Bibcode : 2006JPS...161..225G. doi : 10.1016/j.jpowsour.2006.03.063.
3. Девиль, Сильвен (апрель 2007 г.). «Пористые структуры из оксида алюминия со льдом». Акта Материалия . 55 (6): 1965–1974. arXiv : 1710.04651 . Бибкод : 2007AcMat..55.1965D. doi :10.1016/j.actamat.2006.11.003. S2CID  119412656.
4. Deville, Sylvain (март 2008 г.). «Замораживание пористой керамики: обзор текущих достижений и проблем». Advanced Engineering Materials . 10 (3): 155–169. arXiv : 1710.04201 . doi :10.1002/adem.200700270. S2CID  51801964.
5. Тонг, Хо-Минг; Нода, Исао; Грайт, Карл К. (июль 1984 г.). «CPS 768 Формирование анизотропных композитов лед-агар путем направленного замораживания». Colloid & Polymer Science . 262 (7): 589–595. doi :10.1007/BF01451524.
6. Divakar, Prajan; Yin, Kaiyang; Wegst, Ulrike GK (февраль 2019 г.). «Анизотропные литые коллагеновые каркасы для регенерации тканей: как условия обработки влияют на структуру и свойства в сухом и полностью гидратированном состоянии». Журнал механического поведения биомедицинских материалов . 90 : 350–364. doi :10.1016/j.jmbbm.2018.09.012. PMC 6777344. PMID  30399564 . 
7. Weaver, Jordan S.; Kalidindi, Surya R.; Wegst, Ulrike GK (июнь 2017 г.). «Корреляции структуры и обработки и механические свойства в литом замораживанием Ti-6Al-4V с высокоупорядоченной пористостью и легком композите Ti-6Al-4V-PMMA с превосходной способностью поглощения энергии». Acta Materialia . 132 : 182–192. Bibcode : 2017AcMat.132..182W. doi : 10.1016/j.actamat.2017.02.031.
8. Вегст, Ульрике ГК; Камм, Пол Х.; Инь, Кайян; Гарсиа-Морено, Франциско (25 апреля 2024 г.). «Замораживание литья». Учебники по методам Nature Reviews . 4 (1): 1–23. дои : 10.1038/s43586-024-00307-5 . ISSN  2662-8449.
9. Hunger, Philipp M.; Donius, Amalie E.; Wegst, Ulrike GK (март 2013 г.). «Тромбовидные пластинки самоорганизуются в пористый перламутр во время замораживания». Журнал механического поведения биомедицинских материалов . 19 : 87–93. doi :10.1016/j.jmbbm.2012.10.013. PMID  23313642.
10. Инь, Кайян; Цзи, Кайхуа; Штрутценберг Литтлз, Луиза; Триведи, Рохит; Карма, Ален; Вегст, Ульрике Г.К. (2023-06-06). "Формирование иерархической структуры при нестабильности фронта роста кристаллов во время темплатинга льда". Труды Национальной академии наук . 120 (23): e2210242120. Bibcode : 2023PNAS..12010242Y. doi : 10.1073/pnas.2210242120. ISSN  0027-8424. PMC 10266019. PMID 37256929  . 
11. Вегст, Ульрике ГК; Бай, Хао; Саис, Эдуардо; Томсия, Антони П.; Ричи, Роберт О. (январь 2015 г.). «Биоинспирированные конструкционные материалы». Природные материалы . 14 (1): 23–36. Бибкод : 2015NatMa..14...23W. дои : 10.1038/nmat4089. ISSN  1476-1122. ПМИД  25344782.
12. Лоттермозер, А. (октябрь – декабрь 1908 г.). «Über das Ausfrieren von Hydrosolen». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 41 (3): 3976–3979. дои : 10.1002/cber.19080410398.
13. Максвелл, WA; и др. (9 марта 1954 г.). «Предварительное исследование метода «литья под давлением» для формования огнеупорных порошков». Меморандум Национального консультативного комитета по аэронавтике по исследованию коллекции . Библиотеки Университета Северного Техаса . Получено 19 мая 2016 г.
14. Фукасава Такаюки (2001). «Синтез пористой керамики со сложной структурой пор методом сублимационной сушки». Журнал Американского керамического общества . 84 : 230–232. doi :10.1111/j.1151-2916.2001.tb00638.x.
15. [1], Ледяная лепка, литье под давлением: помимо обработки материалов
16. Вегст, Ульрике ГК; Шектер, Мэтью; Дониус, Амалия Э.; Голод, Филипп М. (2010). «Биоматериалы методом замораживания». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 368 (1917): 2099–2121. Бибкод : 2010RSPTA.368.2099W. дои : 10.1098/rsta.2010.0014. ISSN  1364-503X. ПМИД  20308117.
17. Mallick, KK; Winnett, J; van Grunsven, W; Lapworth, J; Reilly, GC (2012). «Трехмерные пористые биокаркасы для регенерации костной ткани: изготовление с помощью адаптивной пенной ретикуляции и методов замораживания, характеристика и исследование клеток». J Biomed Mater Res A. 100 ( 11): 2948–59. doi : 10.1002/jbm.a.34238 . PMID  22696264.
18. Ким Джин-Вунг (2009). «Силикон с сотовой монолитной структурой и высокоупорядоченными, трехмерно взаимосвязанными макропористыми стенками». Химия материалов . 21 (15): 3476–3478. doi :10.1021/cm901265y.
19. Уайлд, Г.; Перепецко, Дж. Х. (2000). «Экспериментальное исследование включения частиц во время дендритного затвердевания». Материалы и инженерия: A . 283 (1–2): 25–37. doi :10.1016/S0921-5093(00)00705-X.
20. [2] Архивировано 22.05.2015 в Wayback Machine , Литье методом замораживания высокопрочных композитов для стоматологического применения.
21. [3] Архивировано 22.05.2015 в Wayback Machine , Дисперсия, связность и извилистость композитных катодов SOFC с иерархической пористостью, полученных методом замораживания-литья
22. [4] Архивировано 22.05.2015 в Wayback Machine , Обработка иерархической и анизотропной керамики LSM-YSZ
23. [5], Легкие и жесткие ячеистые керамические структуры, полученные методом ледяной штамповки
24. Нгуен Фыонг ТН (2014). «Быстродиспергируемые какао-таблетки: пример литья под давлением, применяемого к продуктам питания». Химическая инженерия и технология . 37 (8): 1376–1382. doi :10.1002/ceat.201400032.
25. Шао, Гаофэн; Ханаор, Дориан AH; Шен, Сяодун; Гурло, Александр (апрель 2020 г.). «Замораживание литья: от низкоразмерных строительных блоков до выровненных пористых структур — обзор новых материалов, методов и приложений». Advanced Materials . 32 (17). Bibcode :2020AdM....3207176S. doi :10.1002/adma.201907176. ISSN  0935-9648.
26. Naglieri, Valentina; Bale, Hrishikesh A.; Gludovatz, Bernd; Tomsia, Antoni P.; Ritchie, Robert O. (2013). «О разработке каркасов из карбида кремния с использованием ледяного шаблона для конструкционных материалов, вдохновленных природой». Acta Materialia . 61 (18): 6948–6957. Bibcode : 2013AcMat..61.6948N. doi : 10.1016/j.actamat.2013.08.006.
27. Waschkies, T.; Oberacker, R.; Hoffmann, MJ (2011). «Исследование формирования структуры во время литья замораживанием от очень медленных до очень быстрых скоростей затвердевания». Acta Materialia . 59 (13): 5135–5145. Bibcode : 2011AcMat..59.5135W. doi : 10.1016/j.actamat.2011.04.046.
28. [6], Морфологическая нестабильность при замораживании коллоидных суспензий
29. Deville Sylvain (2009). "Наблюдения за затвердеванием водных суспензий частиц оксида алюминия методом рентгеновской радиографии и томографии in situ. Часть II: Устойчивое состояние". Журнал Американского керамического общества . 92 (11): 2497–2503. arXiv : 1710.04925 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2009.03264.x. S2CID  51770415.
30. Soon, Young-Mi; Shin, Kwan-Ha; Koh, Young-Hag; Lee, Jong-Hoon; Kim, Hyoun-Ee (2009). «Прочность на сжатие и обработка замороженных кальций-фосфатных матриц на основе камфена с выровненными порами». Materials Letters . 63 (17): 1548–1550. Bibcode : 2009MatL...63.1548S. doi : 10.1016/j.matlet.2009.04.013.
31. Raymond JA, Wilson P, DeVries AL (февраль 1989). «Ингибирование роста небазальных плоскостей во льду рыбными антифризами». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 86 (3): 881–5. Bibcode : 1989PNAS...86..881R. doi : 10.1073 /pnas.86.3.881 . PMC 286582. PMID  2915983. 
32. Peppin, SSL; Wettlaufer, JS; Worster, MG (2008). "Экспериментальная проверка морфологической нестабильности при замораживании водных коллоидных суспензий". Physical Review Letters . 100 (23): 238301. Bibcode : 2008PhRvL.100w8301P. doi : 10.1103/PhysRevLett.100.238301. PMID  18643549. S2CID  34546082.
33. Bareggi Andrea (2011). «Динамика фронта замерзания во время затвердевания коллоидной водной суспензии оксида алюминия: рентгеновская радиография, томография и моделирование in situ». Журнал Американского керамического общества . 94 (10): 3570–3578. arXiv : 1804.00046 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2011.04572.x. S2CID  51777635.
34. Lasalle Audrey (2011). «Ice-Templating of Alumina Suspensions: Effect of Supercooling and Crystal Growth During the Initial Freezing Mode». Журнал Американского керамического общества . 95 (2): 799–804. arXiv : 1804.08700 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2011.04993.x. S2CID  51783680.
35. "Последние тенденции в формировании формы с помощью коллоидной обработки: обзор". Архивировано из оригинала 2015-05-22 . Получено 2015-05-14 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
36. Deville Sylvain (2010). «Влияние размера частиц на зарождение и рост льда во время процесса темплатирования льда». Журнал Американского керамического общества . 93 (9): 2507–2510. arXiv : 1805.01354 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.03840.x. S2CID  51851812.
37. Хань, Цзецай; Хун, Чанцин; Чжан, Синхун; Ду, Цзяньцун; Чжан, Вэй (2010). «Высокопористая керамика ZrO2, изготовленная методом литья под давлением на основе камфена: микроструктура и свойства». Журнал Европейского керамического общества . 30 : 53–60. doi :10.1016/j.jeurceramsoc.2009.08.018.
38. Waschkies Thomas (2009). «Контроль расстояния между ламелями во время литья керамики замораживанием с использованием двухстороннего охлаждения как нового способа обработки». Журнал Американского керамического общества . 92 : S79–S84. doi : 10.1111/j.1551-2916.2008.02673.x .
39. Флаудер, Стефан; Гбурек, Уве; Мюллер, Франк А. (декабрь 2014 г.). «Структура и механические свойства β-TCP-каркасов, подготовленных путем ледяного шаблонирования с заданными скоростями ледяного фронта». Acta Biomaterialia . 10 (12): 5148–5155. doi :10.1016/j.actbio.2014.08.020. PMID  25159370.
40. Stolze, Christian; Janoschka, Tobias; Schubert, Ulrich S.; Müller, Frank A.; Flauder, Stefan (январь 2016 г.). «Направленное затвердевание с постоянной скоростью фронта льда в процессе темплатирования льда: направленное затвердевание с постоянной скоростью фронта льда». Advanced Engineering Materials . 18 (1): 111–120. doi : 10.1002/adem.201500235 . S2CID  135858128.
41. Munch Etienne (2009). «Архитектурный контроль замороженной керамики с помощью добавок и шаблонов». Журнал Американского керамического общества . 92 (7): 1534–1539. arXiv : 1710.04095 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2009.03087.x. S2CID  51808968.
42. Deville Sylvain (2012). «Механизм структурирования льда для ацетата циркония». Langmuir . 28 (42): 14892–14898. arXiv : 1804.00045 . doi :10.1021/la302275d. PMID  22880966. S2CID  9156160.
43. Девиль, С.; Адриан, Дж.; Мэр, Э.; Шил, М.; Ди Мишель, М. (2013). «Покадровая трехмерная визуализация роста кристаллов льда in situ в суспензии коллоидного кремнезема». Акта Материалия . 61 (6): 2077–2086. arXiv : 1805.05415 . Бибкод : 2013AcMat..61.2077D. doi :10.1016/j.actamat.2012.12.027. S2CID  51774647.
44. Фархангдуст, С.; Заманян, А.; Ясаи, М.; Хорами, М. (2013). «Влияние параметров обработки и концентрации твердого вещества на механические и микроструктурные свойства литого замораживанием макропористого гидроксиапатитового каркаса». Materials Science and Engineering: C . 33 (1): 453–460. doi : 10.1016/j.msec.2012.09.013 . PMID  25428095.
45. [7], Структура частиц в замороженных коллоидных суспензиях по данным малоуглового рентгеновского рассеяния
46. Ласаль, Одри; Гайзард, Кристиан; Мэр, Эрик; Адриан, Жером; Девиль, Сильвен (2012). «Перераспределение частиц и развитие структурных дефектов при формировании ледяных шаблонов». Акта Материалия . 60 (11): 4594–4603. arXiv : 1804.08699 . Бибкод : 2012AcMat..60.4594L. doi :10.1016/j.actamat.2012.02.023. S2CID  53008016.
47. Эшби, МФ; Медалист, Р. Ф. Мейл (1983-09-01). «Механические свойства ячеистых твердых тел». Metallurgical Transactions A. 14 ( 9): 1755–1769. Bibcode : 1983MTA....14.1755A. doi : 10.1007/BF02645546. ISSN  2379-0180.
48. Дониус, Амалия Э.; Лю, Андонг; Берглунд, Ларс А.; Вегст, Ульрике ГК (сентябрь 2014 г.). «Превосходные механические характеристики высокопористых анизотропных аэрогелей наноцеллюлозы–монтмориллонита, полученных методом замораживания». Журнал механического поведения биомедицинских материалов . 37 : 88–99. doi :10.1016/j.jmbbm.2014.05.012. ISSN  1751-6161. PMID  24905177.
49. Оджува, Арто; Ярвеляйнен, Матти; Бауэр, Маркус; Кескинен, Ласси; Валконен, Маси; Ахтар, Фарид; Левянен, Эркки; Бергстрем, Леннарт (сентябрь 2015 г.). «Механические характеристики и поглощение CO2 ионообменного цеолита А, структурированного методом замораживания». Журнал Европейского керамического общества . 35 (9): 2607–2618. doi : 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.03.001. ISSN  0955-2219.
50. Портер, Майкл М.; Империо, Расс; Вен, Мэтью; Мейерс, Марк А.; Маккиттрик, Джоанна (апрель 2014 г.). «Биоинспирированные каркасы с различной архитектурой пор и механическими свойствами». Advanced Functional Materials . 24 (14): 1978–1987. doi :10.1002/adfm.201302958. ISSN  1616-301X.
51. Чжан, Дж.; Эшби, М.Ф. (1992-06-01). «Внеплоскостные свойства сот». Международный журнал механических наук . 34 (6): 475–489. doi :10.1016/0020-7403(92)90013-7. ISSN  0020-7403.
52. Шао, Гаофэн; Ханаор, Дориан AH; Шен, Сяодун; Гурло, Александр (2020). «Замораживание литья: от низкоразмерных строительных блоков до выровненных пористых структур — обзор новых материалов, методов и приложений». Advanced Materials . 32 (17). doi :10.1002/adma.201907176. ISSN  0935-9648.
53. Шао, Гаофэн; Ханаор, Дориан AH; Шен, Сяодун; Гурло, Александр (2020). «Замораживание литья: от низкоразмерных строительных блоков к выровненным пористым структурам — обзор новых материалов, методов и приложений». Advanced Materials . 32 (17). 3.5 Полимер и биомакромолекула как строительные блоки. doi :10.1002/adma.201907176. ISSN  0935-9648.
54. Шао, Г (2020). «Замораживание литья: от низкоразмерных строительных блоков до выровненных пористых структур — обзор новых материалов, методов и приложений». Advanced Materials . 32 (17): 1907176. Bibcode :2020AdM....3207176S. doi : 10.1002/adma.201907176 . PMID  32163660.
55. Тан, YF; Чжао, K.; Вэй, JQ; Цинь, YS (2010). «Изготовление выровненного пластинчатого пористого оксида алюминия с использованием направленного затвердевания водных суспензий с применением электростатического поля». Журнал Европейского керамического общества . 30 (9): 1963–1965. doi :10.1016/j.jeurceramsoc.2010.03.012.
56. Портер, Майкл М.; Йе, Майкл; Стросон, Джеймс; Геринг, Томас; Лухан, Сэмюэл; Сирипасопсоторн, Филипп; Мейерс, Марк А.; Маккиттрик, Джоанна (октябрь 2012 г.). «Литье методом магнитного замораживания, вдохновленное природой». Materials Science and Engineering: A . 556 : 741–750. doi :10.1016/j.msea.2012.07.058.
57. Инь, Кайян; Риз, Брэдли А.; Салливан, Чарльз Р.; Вегст, Ульрике Г.К. (февраль 2021 г.). «Превосходные механические и магнитные характеристики высокоанизотропных композитов сендаст-чешуйчатого типа, полученных методом замораживания в однородном магнитном поле». Advanced Functional Materials . 31 (8). doi : 10.1002/adfm.202007743 .
58. Yin, Kaiyang; Mylo, Max D.; Speck, Thomas; Wegst, Ulrike GK (октябрь 2020 г.). «Вдохновленные бамбуком трубчатые каркасы с функциональными градиентами». Журнал механического поведения биомедицинских материалов . 110 : 103826. doi : 10.1016/j.jmbbm.2020.103826. PMID  32957175.
59. Yin, Kaiyang; Divakar, Prajan; Wegst, Ulrike GK (январь 2019 г.). «Замораживание пористых хитозановых мочеточниковых стентов для улучшения дренажа». Acta Biomaterialia . 84 : 231–241. doi :10.1016/j.actbio.2018.11.005. PMC 6864386. PMID  30414484 . 
60. Мун, Джи-Ун; Хван, Хэ-Джин; Авано, Масанобу; Маэда, Кунихиро (2003). «Приготовление трубчатой ​​опоры NiO – YSZ с радиально ориентированными поровыми каналами». Материалы писем . 57 (8): 1428–1434. Бибкод : 2003MatL...57.1428M. дои : 10.1016/S0167-577X(02)01002-9.
61. Шао, Юаньлун; Эль-Кади, Махер Ф.; Линь, Ченг-Вэй; Чжу, Гуанчжоу; Марш, Кристофер Л.; Хванг, Джи Юн; Чжан, Цинхун; Ли, Яоган; Ван, Хунчжи; Канер, Ричард Б. (2016). «3D-литье под давлением пленок ячеистого графена для суперконденсаторов сверхвысокой плотности мощности». Advanced Materials . 28 (31): 6719–6726. Bibcode :2016AdM....28.6719S. doi :10.1002/adma.201506157. PMID  27214752.
62. Химическая инфильтрация паров, изготовленные методом литья под давлением, и их адсорбционные свойства. Иерархические пористые композитные сферы УНТ/С.
63. Девиль, Сильвен; Саиз, Эдуардо; Томсия, Антони П. (2006). «Замораживание гидроксиапатитовых каркасов для инженерии костной ткани». Биоматериалы . 27 (32): 5480–5489. arXiv : 1710.04392 . doi : 10.1016/j.biomaterials.2006.06.028. PMID  16857254. S2CID  2910118.