模板法介绍

模板法——在材料领域中的应用
辅助构建材料的结构

1. 制备工艺 2. 模板设计

模板法——在材料领域中的应用
辅助构建材料的结构
制备 工艺

由于可以做模板的材料很多，制备过程也应是具 体过程而定。采用的方法会一般和材料制备的方 法相似，如溶胶凝胶法、絮凝法、微乳液法等。 模板法工艺可以按金属铸造领域的失蜡法，加以 解释和引申。
洗涤 干燥 焙烧
TEOS水解 Si(OH)4凝胶
大孔聚合物的制备
Glass slide Glass slide Polymer SiO2 colloidal crystal UV light source Prepolymer Solidified SiO2 colloidal crystal Air spheres 2% HF solution Polymer
材料
与显微技术和计算机技术的结合

扫描隧道显微镜——实现模板精确设计
扫描隧道显微镜（STM）
人类实现了当今最微小的操作， 按照自己的意愿操纵原子。
计算机（PC） 人类为计算机编程，控制探针拨动原子， 可以像操作数控机床的扩大生产模板。 STM 高精模板 PC
模板法
材料
与计算机3D打印技术的结合

模板法工艺简介
主讲人：韩 阳 导 师：张 瑛
生活中常用的模板
模板法——历史悠久
模板法——历史悠久

古代印刷用的 活字章 （雕刻）

打字机工作部件 特写 （冲压）
模板法——不可或缺
模板法——不可或缺
二战德国MG34型机枪，早期制式机枪。 零件多采用铆接焊接冲压制造，部分零件甚至由整块金属削切而成。 当时价格折合美元为215.63$（2009）
二战德国MG42型机枪，中后期制式机枪。 为高效利用剩余资源，及时弥补二战后期巨大的消耗，该型号机枪采用金属板材冲压 技术，大量冲压件的使用缩短了生产时间和成本。 当时价格折合美元为117.50$（2009）
模板法——不可或缺
模板法： 利用模具对材料加工，来成型各种工业产品的重要装备工艺。 模板法特点： 1. 需要适当的惰性材料充当模具，对产品成型； 2. 生产的产品会带有模板的形状。 模板法优势： 1. 易于材料加工成各种形状；可根据需求设计模具，开发产品。 2. 与铆接，锻造等处理方式相比，模板（模具）配合冲压操作节约 大量时间和成本； 3. 方法简单，可以广泛应用于大规模生产。
核壳结构材料的制备
ZnSe微球形成机理示意图 Schematic representation of the formation mechanism of ZnSe microspheres
模板-组分多次组装
模板法——在材料领域中的应用
辅助构建材ห้องสมุดไป่ตู้的结构
模板设计要求

1. 明确设计目标，确定结构、功能等要求；
裸鼠
具有一定构造的 可降解材料 PLA框架
由于作为模板的可降解材料形状可 以被有效调控，极大扩展模板和材 料多样性。
图片可能会引起观众不适 请酌情观看
与生物领域的结合

遗传物质DNA——信息量庞大的模板
基因组计划 揭开遗传信息(DNA)与 性状(结构组织)的秘密
DNA
蛋白质
结构组织 （生物模板）
模板法

失蜡法冶炼青铜器示意动画
石蜡 器皿
多次 混合 干燥
被粘土包裹的 石蜡器皿
粘土 淤浆
升温 使粘 土硬 化
含有石蜡 的陶范
升温， 石蜡 流出
含有空腔 的陶范
模板与原料的混合
CTAB 形成模板 混有模板剂的凝 胶
原料固化
含模板剂的 分子筛骨架
模板分离
分子筛 产品
进入 胶束 间空 隙
晶化 形成 骨架
3D打印技术——实现多样与精确
与计算机3D打印技术的结合

3D打印技术——实现多样与精确
纳米级3D打印笔HYPER诞生，这款3D打印笔可对纳米级物体进行打印。 该3D打印笔使用水凝胶作为3D打印材料，成型技术为电沉积。HYPER 可创建尺寸小于100纳米的物体。 用3D打印技术不仅可以设计制作物体而且可以很好的描述微观物体 的细节。
Polymerization
HF etching
Macroporous polymer
Porous Polystyrene
2 m
介孔碳材料的制备
ZnO核壳结构材料的制备
PS
模板法合成核壳中空微球示意图 Scheme of fabrication of core-shell and hollow spheres with template method
模板法瓶颈所在

如果无机物、大分子或者高分子等形成的 结构仍不能满足设计需要，或者结构是自 然界中还未发现的，该如何设计？ 对模板加以调控，使模板结构更加规则， 更加精确，所需模具要怎样加工？

与生物领域的结合

细胞组织工程——人耳鼠
背部 手术 植入 手术后 带有PLA框架的 裸鼠 6-8周 手术 愈合 已经恢复 带有PLA框架的 裸鼠 人耳鼠 框架 在体内 降解 消失
谢谢
THE END
2. 选用适当材料做模板，最大程度上满足设计需要； 3. 设计具体的操作条件，使反应物与模板剂作用成型。


生物模板剂

优势 形状上具有多样性； 取材容易，制成模板 剂的方法简单； 模板剂脱除方法一般 采用高温碳化，操作 简单。
生物模板剂
以定性滤纸(左)和鸡蛋壳内膜(右)为模板制备的 SnO2的SEM图