《RSC Advances》：Methods of porous and foamed structure formation in geopolymer-based materials: a comprehensive reviewOpen Access
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多孔地质聚合物基材料正日益被视为热绝缘、轻质建造、吸附、催化及过滤等应用领域的解决方案。现有综述主要聚焦于单一制备方法、多孔复合材料或特定应用领域，而对创建多孔结构的主要方法及其对孔结构影响的直接比较仍较为有限。本综述在统一的工艺-结构-性能框架内，对直接发泡
多孔地质聚合物基材料正日益被视为热绝缘、轻质建造、吸附、催化及过滤等应用领域的解决方案。现有综述主要聚焦于单一制备方法、多孔复合材料或特定应用领域，而对创建多孔结构的主要方法及其对孔结构影响的直接比较仍较为有限。本综述在统一的工艺-结构-性能框架内，对直接发泡、反应性乳液模板成型、微波辅助发泡、轻质填料掺入、增材制造、复制法加工及牺牲模板法等进行了比较研究。研究特别关注成孔过程、孔结构、新拌流变性与地质聚合反应动力学之间的相互作用，该相互作用决定了孔的保留、形貌、连通性与均匀性。分析表明，直接发泡是制备低密度热绝缘材料最实用且最具规模化前景的方法，而轻质填料可在强度与密度之间提供最优平衡。反应性乳液模板法、复制法加工及牺牲模板法更适用于构建吸附、催化及过滤应用所需的互连孔网络。增材制造对孔结构具有最高的控制精度，但仍受限于工艺复杂性、生产速度及成本；微波辅助发泡可实现快速加工，但面临规模化挑战。本综述的主要贡献在于建立了一个面向实践的方法选择框架，用于根据目标孔结构选择多孔结构的成形技术，这是因为孔结构是决定材料性能特征与应用范围的关键参数。
1. 引言
本综述从建筑行业日益增长的环保压力出发，指出传统硅酸盐水泥在生产过程中的高CO?排放与高能耗问题，以及天然骨料资源消耗带来的生态影响。在此背景下，地质聚合物作为低碳胶凝材料的替代方案受到广泛关注。综述同时指出，轻质多孔材料对于降低结构自重、提升热绝缘性能、吸声性能和室内舒适度具有重要作用。地质聚合物的合成基于铝硅酸盐前驱体（如偏高岭土、粉煤灰、矿渣等）在碱性或酸性激发溶液中的活化反应，其新拌状态流变性能可通过前驱体选择、激发剂组成、液固比、可溶性硅酸盐含量及矿物掺合料进行调控，凝结速率也能够在较宽范围内调整，从而为成孔过程与基体硬化过程的耦合提供了灵活性。与烧结陶瓷泡沫和普通硅酸盐水泥不同，多数地质聚合物基多孔材料可在低温或中等温度（80 °C）下养护制备，既降低了能耗和CO?排放，又保留了高热阻和不燃特性。综述强调，孔隙率并非决定材料品质的唯一因素，孔的尺寸、形状、连通性和空间分布对压缩强度、导热系数、渗透性、吸水率和耐久性有显著影响。例如，封闭且均匀分散的孔通常有利于热绝缘，而开口且互连的孔则是过滤、吸附、催化和传质过程所必需的。因此，核心问题不仅在于制备高孔隙率材料，更在于为目标用途设计特定的孔结构。
综述指出现有文献的不足：已有综述各自侧重不同方面，但缺乏跨方法的统一评估，未将发泡方法、地质聚合反应动力学、新拌流变性、最终孔结构、力学性能与可规模化性联系起来，也未能为研究人员根据目标孔结构选择发泡方法提供清晰指南。本综述提出将多孔地质聚合物的制备视为一个面向应用的方法选择问题，而非发泡工艺的简单罗列，并比较了直接发泡、反应性乳液模板法、微波辅助发泡、轻质填料掺入、增材制造、复制法和牺牲模板法七类主要方法。
2. 地质聚合物形成与化学基础
地质聚合物结构由[SiO?]?和[AlO?]?四面体通过共享氧原子相互连接而成的三维不规则铝硅酸盐网络构成，X射线衍射（XRD）分析显示其具有与沸石材料类似的宽泛非晶弥散峰，因此被视为沸石的非晶类似物。地质聚合反应通常包括三个基本阶段：(1) 溶解/水解——强碱介质中前驱体表面被Na?或K?置换，促使Si–O–Si和Si–O–Al键断裂，生成可溶性硅酸盐和铝酸盐物种（主要是Si(OH)?和Al(OH)??）；(2) 重组——溶解物种发生缩合反应形成铝硅酸盐低聚物，此阶段对最终材料的微观结构和孔分布起决定性作用；(3) 缩聚——当铝酸盐浓度足以使硅酸盐溶液失稳时，凝胶开始形成并演变为刚性交联网络，导致材料硬化。因此，多孔地质聚合物的形成应被视为化学过程与成孔过程的耦合：前驱体和激发剂决定溶解速率、凝胶形成和凝结行为，而发泡或模板路线决定孔的生成方式，最终孔结构仅在两种过程同步时才能形成。
2.1 地质聚合物的合成
2.1.1 铝硅酸盐来源
高岭石类黏土经热处理得到偏高岭土，因其组成相对可控且反应活性高，是最常研究的前驱体之一，但其层状颗粒形貌会增加需水量和浆体粘度，进而影响气泡分散和孔稳定性。工业副产物如粉煤灰、高炉矿渣、硅灰和赤泥等也被广泛研究。F级粉煤灰钙含量低、反应较慢，C级粉煤灰钙含量较高且可能具有自胶凝特性。矿渣富含钙，可提高早期刚度和强度，有助于气泡保持，但过度的早期硬化会缩短加工窗口、限制均匀发泡。赤泥含Fe?O?、Al?O?、SiO?等组分且带残余碱性，是潜在前驱体，但其高变异性和高铁含量可能使反应控制复杂化。生物质灰（如稻壳灰）和天然火山材料也被探索用作原料。对于多孔地质聚合物，前驱体选择不能仅基于氧化物组成或可持续性，还必须考虑反应活性、颗粒形貌、钙含量、需水量及对流变性的影响。
2.1.2 激发溶液
地质聚合物按前驱体和激发溶液化学分为碱激活和磷酸盐（酸激活）两类。碱激活是铝硅酸盐前驱体与强碱性溶液的反应，常用激发剂包括钠或钾的氢氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和铝酸盐。低钙碱激活体系以N–A–S–H凝胶为主，其硅周围环境主要为SiQ?(2Al)和SiQ?(3Al)；高钙体系则生成C–(N)–A–S–H凝胶，包含SiQ2和SiQ2(1Al)链状硅酸盐单元。激发剂对发泡行为有直接影响：高碱度可加速前驱体溶解和产气过程，可溶性硅酸盐可增加粘度并促进凝胶快速形成。研究表明，硅酸钠与Ca(OH)?的组合因早期流变阻力最小化了沉降和气泡塌陷，获得了最稳定的新拌泡沫。磷酸基地质聚合物的反应路径与碱激活不同，涉及Al–O–P、Si–O–P等含磷酸盐网络的形成，同一发泡剂在碱性和磷酸盐基体中的行为可能截然不同。因此，激发溶液的选择不仅要考虑基体强度，还需匹配成孔方法的动力学要求。
2.2 泡沫稳定性的动力学与流变控制
在地质聚合物多孔体系中，地质聚合反应不仅形成胶结基体，还控制发泡过程中孔的保持。成孔通常发生在新拌浆体从流体悬浮液转变为粘弹性乃至刚性网络的过程中。若气体释放或空气引入时浆体粘度过低，气泡可能上浮、合并、排液或逸出，导致沉降和不均匀大孔；反之，若基体过早硬化，气体膨胀受限，则导致发泡不完全或局部开裂。研究表明，新拌泡沫的稳定性与初始屈服应力和屈服应力增长速度的相关性比与初凝时间的相关性更密切。Gu等人通过研究预制泡沫在地质聚合物浆体中的运动发现，泡沫运动由浮力、毛细力、摩擦阻力和拖曳力之间的平衡决定，浆体存在一个合适的流变窗口：既要足够流动以便混合，又要足够强固以防止气泡迁移和塌陷。Zhang等人提出以粘度和初凝时间作为关键流变参数，将加工空间划分为不同流变区域，发现较长初凝时间可能有利于孔粗化，而高粘度可阻止气泡合并和熟化。这些研究表明，多孔地质聚合物的开发必须被视为一个时间依赖的动力学和流变学过程，前驱体类型、钙浓度、激发剂组成、液固比和养护温度等参数共同决定气泡、液滴或可移除模板能否被保留至基体足够刚性以维持孔结构。
3. 在地质聚合物中获取多孔结构的方法
多孔地质聚合物可通过多种制备策略获得，这些策略在发泡机理上存在本质差异。文献中通常将其分为化学发泡和物理发泡两大类：化学方法通过产气反应或活性物种分解生成孔隙，物理方法则依赖模板法、相去除或结构操纵。
3.1 化学发泡方法
3.1.1 直接发泡
直接发泡是制备多孔地质聚合物最广泛应用的路线之一，兼具工艺简单、设备要求低和与传统浇筑工艺兼容等优点。然而，直接发泡不应被视为单一方法，而是一组气体辅助成孔策略的总称，最终孔结构由气体释放、浆体粘度、气泡稳定性和地质聚合物凝结的耦合演化共同控制。直接发泡中的孔隙通常通过化学发泡剂或机械引入空气的方式生成，并常配合表面活性剂、油类、增稠剂、硬脂酸钙或固体颗粒等稳定助剂。常用的化学发泡剂包括过氧化氢（H?O?）、铝粉和锌粉等金属粉末、含硅添加剂、过硼酸钠、次氯酸钠和过氧乙酸等。过氧化氢是应用最广泛的化学发泡剂，在碱性介质中分解产生氧气，可实现快速成孔。表面活性剂在稳定气泡、调节开孔与闭孔平衡方面发挥关键作用，不同类型表面活性剂可将直接发泡导向适合保温的闭孔结构或适合传输应用的开孔网络。金属粉末方面，铝比锌反应更剧烈，摩尔产氢量高约50%，但铝与碱的反应为放热反应，可使体系温度达75–85 °C，加速地质聚合反应并因粘度快速上升而阻碍泡沫结构进一步发展。过氧乙酸等替代发泡剂可产生更温和的气体释放，在某些体系中获得孔隙率与强度之间更好的平衡。直接发泡的主要优势是设备要求低、与浇筑工艺兼容、前驱体适用范围广，可生成高孔隙率；主要劣势是气泡形成具有随机性、对新拌流变性敏感，且密度降低与力学强度之间经常需要权衡。
3.1.2 反应性乳液模板法
反应性乳液模板法（RET）是一种以液-液乳液而非气泡为基础生成多孔结构的成孔策略。在此方法中，不混溶液相（通常为植物油）的液滴分散在碱性地质聚合物浆体中，在凝结后去除，留下反映原始乳液结构的孔网络。“反应性”一词尤为重要，因为分散油相在碱性条件下可能发生皂化反应，生成水溶性皂分子和甘油。这种原位反应同时发挥两种作用：在加工过程中帮助稳定乳液，并促进后续有机相的去除。RET的主要优势在于比气体发泡更可控地生成开孔和分级孔隙。Medpelli等人通过将甘油三酯油引入碱性地质聚合物浆体，经皂化、养护和温水萃取后获得了比表面积为55–124 m2 g?1的高多孔地质聚合物骨架。Gossard等人将RET扩展到固定床应用的分级多孔地质聚合物基复合材料，获得了具有数十微米级互连大孔以及固有介孔基体的整体式材料，BET比表面积约为120 m2 g?1，总介孔体积约0.55 cm3 g?1。RET的劣势在于工艺复杂性：乳液制备、稳定、养护、皂化和有机相去除均需精确控制，有机油类的使用和去除涉及成本、洗涤、废水及放大问题。因此，RET更适合吸附、催化、过滤、固定床反应器等功能性应用，在这些场景中附加的工艺复杂性可由改善的孔可达性和分级结构加以补偿。
3.1.3 微波辅助发泡
微波辅助发泡通过内部加热、水蒸气化和加速地质聚合物硬化的耦合效应，成为一种快速制备多孔地质聚合物基材料的途径。与传统外部加热不同，微波辐射与极性物种（尤其是水）相互作用，可在新鲜地质聚合物坯体内部产生体积加热。微波辅助发泡的成孔机制主要与孔隙水的快速加热和内部蒸汽压的发展有关：随着温度升高，新鲜浆体中的水分蒸发并膨胀从而生成孔隙，同时地质聚合反应和凝胶硬化被同步加速。因此，微波发泡区别于化学驱动的直接发泡——孔隙由物理蒸汽膨胀过程产生，而非发泡剂分解或金属粉末产氢。该方法强烈依赖于微波功率、辐照时间、含水量、试样尺寸以及前驱体-激发剂体系的介电响应。Onutai等人使用家用微波炉在200–850 W功率下仅辐照1分钟即制备了粉煤灰基多孔地质聚合物。Li等人利用自燃煤矸石在约700 W微波辐照下实现了快速发泡，获得总孔隙率74–84 vol%和低堆积密度，并发现尽管孔形不规则，微波发泡样品在相同孔隙率下比直接发泡样品具有更好的压缩强度，这归因于前驱体反应活性提高和硅酸钠相减少。微波辅助发泡的优势在于速度快、无需化学发泡剂、功率和时间可外部调节，但主要限制在于孔形不规则和放大敏感性——水的含量、介电特性和试样厚度的局部变化可能导致内部加热梯度、非均匀孔隙、局部膨胀或开裂。该方法最适合轻质骨料、保温材料和快速生产的低密度地质聚合物构件，而过滤膜、催化载体等需要精确孔结构的应用则更适合模板法或增材制造。
3.2 物理发泡方法
3.2.1 轻质填料掺入
另一种获得低密度地质聚合物复合材料的方法是使用轻质或多孔填料，即通过预先存在的固相而非动态发泡引入孔隙，所得材料类似于 syntactic foam（复合泡沫塑料）。该方法与气体发泡方法存在本质区别：在填料基体系中，主要孔性质由填料类型、粒径分布、体积分数、壳体强度和与地质聚合物基体的相容性决定。研究过的填料包括粉煤灰基颗粒、空心玻璃微珠、煤矸石、陶瓷填料、漂珠（cenospheres）、膨胀聚苯乙烯和膨胀蛭石等。该方法的主要优势在于可获得良好的强度-密度平衡：孔隙被限制在空心颗粒内，而非由不稳定的气泡形成，因此对泡沫塌陷的敏感性低于直接发泡。Peng等人使用粉煤灰漂珠作为成孔掺合物，制备的地质聚合物泡沫干密度降至0.69 g cm?3，压缩强度约5 MPa，显著高于许多完全膨胀的气体发泡体系。该方法与传统的混合和浇筑工艺兼容，无需额外发泡反应、乳液制备、模板去除或数字打印过程，且许多填料（漂珠、煤矸石、膨胀蛭石）为废弃物衍生或矿物基材料，符合低碳循环经济目标。主要劣势在于所生成的孔隙通常为封闭或弱连通状态，有利于热绝缘但不利于流体流动、吸附或催化等需要开孔的应用。因此，该方法最适合轻质建筑复合材料、保温板和防火建筑构件。
3.2.2 增材制造
增材制造（AM）是一种从根本上不同的多孔地质聚合物基材料制备方法，因为孔隙结构可以在制造之前以数字方式定义。在AM中，宏观孔隙可通过可编程的刀具路径（toolpath）、晶格几何、受控的丝材间距或粉末床结构引入。与直接发泡中孔由气体演化和气泡合并控制不同，AM将孔隙率从随机材料特征转变为设计的结构参数。在各类AM技术中，直接墨水书写（DIW）对地质聚合物体系尤为重要，因为它允许膏状前驱体通过喷嘴挤出并逐层沉积。主要挑战在于地质聚合物墨水是反应性悬浮液而非惰性可打印膏体：打印过程中溶解、缩聚和凝胶化持续发生，导致粘度、屈服应力和触变性随时间变化。可打印墨水须同时满足可挤出性、沉积后形状保持能力、层间结构恢复能力和足够的开放时间等相互冲突的要求。流变改性剂如氧化石墨烯（GO）、Acti-Gel? 208、纤维素基添加剂、聚丙烯酸钠盐（PAA）和聚乙二醇（PEG）被用于调节流变行为，但它们也可能影响凝结动力学、孔隙率、力学强度和长期耐久性。Franchin等人通过DIW制备了具有受控间距和计划孔隙结构的地质聚合物晶格，证明了AM可以将总孔隙率与随机孔隙生成解耦。Xia和Sanjayan开发了粉末床打印技术制备多孔钠基地质聚合物结构，表观孔隙率约57 vol%，压缩强度约0.9 MPa，经硅酸钠渗透后处理可提高至10 MPa。AM的优势在于最高的孔结构控制精度、可实现梯度孔隙和复杂几何形状；劣势在于流变性复杂、开放时间受限、生产速度慢、设备成本高、养护敏感性及放大困难。AM最适合高价值或定制组件，如梯度声学面板、定制过滤器、催化载体、轻质晶格构件等。
3.2.3 复制法
复制法是一种模板辅助制备工艺，主要用于生产开孔和高连通的多孔地质聚合物结构。与直接发泡不同，复制法使用预制多孔模板（通常为聚合物海绵），将模板的孔结构转移至地质聚合物或地质聚合物衍生陶瓷中。工艺步骤包括：模板浸渍地质聚合物浆体、去除多余浆体、养护或干燥，然后通过热处理或其他方法去除有机模板。所得孔结构主要由牺牲模板的孔径、连通性和形状控制，而非随机气泡生成。Ková?ík等人使用聚氨酯海绵作为牺牲模板，以煅烧高岭土、沉淀二氧化硅和硅酸钾溶液制备地质聚合物浆体，添加耐火粘土填料以防止热处理过程中的开裂，经1100–1300 °C烧结4小时后获得开孔率87.96 vol%的泡沫陶瓷，压缩强度从1100 °C时的0.15 MPa升至1300 °C时的0.85 MPa。Bai等人使用40 PPI聚氨酯泡沫模板制备堇青石基地质聚合物/聚氨酯泡沫，经NH?Cl离子交换和1200 °C烧结后，压缩强度从约0.21 MPa提高至0.47 MPa，而总孔隙率仅从约89 vol%微降至88.64 vol%。复制法的主要优势在于孔连通性高、宏观孔隙受模板控制，适合过滤和催化剂载体应用；主要限制在于对模板的依赖、额外加工步骤（聚合物去除、烧结）、能耗较高、收缩问题，以及极高孔隙率下相对较低的压缩强度。
3.2.4 牺牲填料法
牺牲填料法是一种模板去除方法，将牺牲相加入地质聚合物基体然后去除以生成孔隙。与直接发泡中气体在凝结过程中形成孔洞不同，牺牲填料法中引入的是固体或冻结的成孔相，其尺寸、形状和空间分布可在硬化前预先选择。牺牲相通过溶解、熔融、升华、热分解或化学萃取在养护或固结后去除，留下复制原始可去除相几何形状的孔洞。冷冻铸造（冰模板法）是牺牲填料加工的重要类别：地质聚合物溶液中的水被冷冻，生成的冰晶充当临时模板，冷冻后通过升华去除冰，留下具有冰晶形状的地质聚合物结构。Papa等人利用此方法开发了具有定向和分级孔隙的地质聚合物衍生材料，能够生成各向异性和层状孔隙，其取向由冷冻方向和热梯度决定。Franchin等人使用3D打印的聚乳酸（PLA）模板在地质聚合物基材料中生成定制3D孔网络，溶解聚合物模板后获得连通的宏观孔隙网络，将牺牲模板法与数字设计相结合。Roviello等人将环氧树脂微区分散在偏高岭土地质聚合物基体中，经800 °C热处理去除有机相，生成了从纳米级基体孔隙到微米级空腔的无序分级孔系统，累积孔体积相对未处理杂化材料增加约五倍。牺牲填料法的主要优势是适应性强、可制造非球形和互连孔隙、可与冷冻铸造或3D打印模板等混合技术结合；主要缺点包括额外的去除工序、可能的收缩或开裂、模板部分残留、加工时间延长和环境负荷。
4. 多孔地质聚合物制备方法的比较分析
从前述各节可以看出，多孔地质聚合物材料不能仅基于总孔隙率进行比较。具有相同孔隙率的地质聚合物，因孔的生成方式（开孔或闭孔）和孔在基体中的分布不同，其力学强度、导热系数、渗透性和耐久性可能差异显著。各制备方法可沿从随机成孔到确定性结构设计的连续谱排列：直接发泡和微波辅助发泡通过气体或蒸汽膨胀实现动态成孔；轻质填料法是在基体中添加已存在的空心或多孔颗粒；反应性乳液模板法、复制法和牺牲填料法利用可去除阶段决定孔结构；增材制造通过数字预定义实现最高程度的设计控制。
4.1 代表性体系比较
表1汇总了代表性多孔地质聚合物体系在孔隙率、密度、压缩强度、导热系数和比表面积方面的数据。直接比较文献数据须谨慎，因为各研究使用的前驱体、激发剂、养护制度、试样尺寸和测试方法各不相同。以过氧化氢直接发泡的粉煤灰基地质聚合物泡沫可获得0.24 g cm?3的密度和81.2%的孔隙率，但压缩强度仅0.67 MPa，导热系数低至0.0744 W m?1 K?1，适合保温但不适合承重。以铝粉和H?O?发泡的磷酸基地质聚合物中，铝粉产生更细的孔隙，导热系数0.19 W m?1 K?1，7天后强度最高达3.6 MPa，显示出更好的保温-强度平衡。漂珠体系在0.69 g cm?3密度下可实现约5 MPa压缩强度，体现了填料法良好的强度-密度平衡。反应性乳液模板法和地质聚合物/沸石复合材料分别实现了55–124 m2 g?1和约120 m2 g?1的BET比表面积，更接近吸附、催化和固定床应用。微波辅助发泡可实现74–84 vol%的总孔隙率，但孔形通常不如模板法生成的规整。增材制造体系中，DIW地质聚合物晶格的压缩强度在约2–11.5 MPa之间（取决于跨度距离），粉末床打印初始强度仅0.7–0.9 MPa但经后处理可达10 MPa，挤压AM地质聚合物/GO复合材料的压缩强度最高可达110 MPa。复制法体系虽然开孔率极高（约88–89 vol%），但压缩强度通常低于1 MPa。冰模板法样品在83 vol%孔隙率下仍可保持约7 MPa的压缩强度。
4.2 制备路线的主要权衡
数据分析揭示了三个重要权衡。第一个是降低密度与强度之间的权衡：直接发泡和微波发泡可实现高孔隙率和低导热系数，但力学性能受孔分布的均匀性强烈影响，快速产气若与基体硬化不协调，将导致脆弱的蜂窝结构。第二个是孔连通性与强度之间的权衡：开孔互连孔有利于过滤、催化和吸附，但降低了有效承重截面，这解释了复制泡沫具有极高开孔率但压缩强度低的原因。第三个是结构控制与工艺复杂性之间的权衡：直接发泡和填料法工艺简单且与常规建筑工艺兼容，但对孔形的控制能力弱于模板法或数字化方法；复制法、牺牲填料法和AM可实现更规整的孔网络，但涉及模板制造、浸渍、萃取、烧结、溶剂处理、流变控制或逐层打印等额外工序，成本更高、加工时间更长或放大更困难。
4.3 基于应用的方法选择与现存挑战
热绝缘应用所需的孔结构通常是闭孔或半闭孔结构，特点是低密度和最小吸湿性，因此直接发泡、微波发泡和轻质填料是主要方法，但需要仔细控制表面活性剂、粘度和凝结时间以避免大的连通缺陷。过滤、催化和吸附应用中，开孔和互连孔隙比最低密度更重要，反应性乳液模板法、复制法、牺牲填料法和AM更适合生成可达孔网络。轻质结构或半结构建筑材料则需要在降低密度时不破坏基体连续性，轻质填料和适当稳定的直接发泡比过度开孔的复制结构更现实，AM可用于定制承重或多功能构件，但需要可打印的稳定流变性能、可靠的层间粘结和受控养护。未来研究的重点应从报告孤立的材料组成转向应用特定的设计指南，应同时报告孔隙率、孔径分布、开孔/闭孔比、密度、压缩强度、导热系数以及适当情况下的渗透性或BET比表面积。半定量决策矩阵（Fig. 12）表明，没有任何单一制备路线在所有类别中均最优：直接发泡具有最高的工艺简单性和可规模化性，但孔结构控制和力学性能潜力有限；AM提供最大的孔几何控制和高力学性能，但工艺复杂且放大受限；复制法和反应性乳液模板法在生成高互连孔网络方面具有独特优势；轻质填料在可规模化性和力学性能之间提供良好平衡；牺牲模板法处于中间位置，兼具较高的结构控制和力学潜力但需额外的模板去除步骤。
5. 结论
本综述考察了在地质聚合物基体中引入受控孔隙的主要策略，将地质聚合反应化学与孔结构工程联系起来。铝硅酸盐前驱体和激发剂的选择决定凝胶化学，进而影响与不同发泡路线的相容性。直接发泡仍是最简单且最具成本效益的实现高孔隙率和低密度的方法，但通常需要表面活性剂稳定湿泡沫并避免过度不均匀的孔结构。对于需要精确控制互连孔的应用（如过滤或催化），复制法、牺牲填料法和乳液模板法等模板方法可提供更优的结构控制。增材制造尤其是直接墨水书写提供了设计非随机孔网络的空前自由度，但地质聚合物墨水的流变要求仍构成挑战。微波发泡是一种快速、节能的替代方案，可在数分钟内同时完成发泡和养护。制备方法的选择必须由预期应用驱动：热绝缘偏好直接发泡或复合泡沫产生的闭孔结构，而流体传输应用则需要通过复制法或乳液模板法获得的开孔、良好连通的孔隙。未来的进展可能来自混合方法、更环保发泡剂的开发以及对流变和动力学控制的更深入理解，以推动这些技术从实验室走向工业生产。
