综述：设计未来的聚合物：通过增材制造从高内相乳液中实现多尺度多孔结构

这篇综述系统探讨了聚合物高内相乳液（polyHIPEs）与增材制造（AM）技术的协同创新，重点分析了光固化（VPP）和挤出式（MEX）成型在多孔材料制备中的应用。文章揭示了polyHIPEs在生物医学、催化、能源存储等领域的潜力，并提出通过材料配方优化和打印精度提升（如克服光散射效应）推动下一代多功能多孔材料的开发。

　　

Introduction

增材制造（AM）技术为复杂多孔结构的制备带来了革命性突破，而聚合物高内相乳液（polyHIPEs）因其高孔隙率（>74%）和可调孔结构成为关键材料。这类材料在生物医学（如组织支架）、催化载体和能源存储领域展现出独特优势。本文聚焦光基（如vat photopolymerization, VPP）和挤出基（material extrusion, MEX）AM技术与polyHIPEs的融合，探讨其从基础原理到产业应用的转化潜力。

Overview of additive manufacturing techniques

与传统减材制造不同，AM通过逐层堆积实现复杂几何构造。1980年Hideo Kodama首次提出该技术后，多种工艺如粉末床熔融（PBF）、材料喷射（MJT）和光聚合（VPP）相继发展。其中，VPP和MEX因其对多孔结构的精确控制，成为polyHIPEs加工的核心手段。

Polymer additive manufacturing

热塑性材料（如聚酰胺）和光敏树脂是AM常用原料。polyHIPEs的特殊性在于其乳液模板法形成的互连孔道，而丙烯酸酯基和硫醇-烯基树脂的引入进一步拓展了打印材料的选择范围。

Polymerized high internal phase emulsions

HIPEs通过高比例内相（>74%）形成双相乳液，经聚合后获得多孔骨架。其孔结构可通过乳化剂类型（如表面活性剂）和交联密度调控，但乳滴光散射效应常导致打印分辨率下降，需优化光引发体系（如双光子聚合）以提升精度。

Additive manufacturing of polyHIPEs

2013年光基AM首次实现polyHIPEs打印，2016年挤出技术跟进。挑战在于平衡孔隙率与机械强度——例如通过纳米粘土增强的HIPE墨水可同时满足挤出流变性和终产品力学性能。近期研究还探索了以polyHIPEs为模板制备超轻金属/碳结构。

Applications of polyHIPEs

生物医学领域，polyHIPEs的贯通孔道促进细胞迁移和营养传输，适用于骨组织工程；催化方面，其高比表面积提升催化剂负载效率；能源领域则用于超级电容器电极材料。AM技术进一步赋予其复杂形状定制能力，如仿生血管网络构建。

Challenges and future perspective

当前瓶颈包括亚毫米级打印精度的提升、非丙烯酸酯体系（如生物可降解聚酯）的开发，以及多材料共打印技术的整合。未来或可通过机器学习优化工艺参数，并结合原位表征（如微流控观测）实现实时质量控制。

Conclusions

AM与polyHIPEs的结合为多尺度多孔材料设计开辟了新范式。从可定制孔结构的生物支架到高传质效率的工业催化剂载体，这一技术组合将持续推动材料科学的边界，满足医疗、能源等领域的精准化需求。