CN110386827A - 一种反模泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多孔材料领域，具体地说是一种反模泡沫材料及其制备方法和应用。该反模泡沫材料在宏观上由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成，支撑骨架自身为致密的，或为含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。利用具有三维连通网络结构的高分子树脂泡沫材料，采用本发明所述的结构设计和制备方法，制得三维连通网络的反模泡沫材料。该反模泡沫材料在实现支撑骨架高体积分数占比的同时具有尺寸可调控的两种类型的孔隙：宏观三维连通的通道孔、三维连续的支撑骨架自身含有的微米和/或纳米级孔隙。该发明的创新性在于实现高体积分数的三维连通开孔泡沫材料的高效率制备，为其应用奠定基础。

Description

一种反模泡沫材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及多孔材料领域，具体地说是一种反模泡沫材料及其制备方法和应用。
背景技术
泡沫材料是一种特殊的多孔材料，其几何结构特征是具有三维连通的开孔网络结构。此类结构的材料拥有质量轻、孔隙率可调、高渗透率等诸多优点，流体在其三维连通的网孔里的质量传递、动量传递、热量传递效率均可以得到有效提高。因而，在化工过程强化、复合材料等应用领域，泡沫材料的制备和应用正逐渐受到广泛的重视。
目前，开孔泡沫材料主要是利用基于K.Schwartzwalder的发明专利US3090094所述的方法制备而得，这种方法虽然可以制备高体积分数的泡沫材料，但代价是需要反复进行很多次的浸渍过程，制备效率非常低。这严重限制诸如复合材料应用领域所需的高体积分数泡沫材料的大规模、低成本制备与应用推广。
反模泡沫材料是利用具有传统开孔泡沫材料作为模板，对三维连通的开孔网孔内注入粉料或浆料，再经致密化、除去模板、成型而值得的泡沫材料。这种材料的骨架和三维连通的通道孔所占据的空间，分别与作为模板的开孔泡沫材料的三维连通开孔网孔和骨架相对应。这种方法使高体积分数泡沫材料的制备工艺避免反复多次的浸渍过程，具有广泛研究价值与应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反模泡沫材料及其制备方法和应用，解决现有技术中材料结构或组成单一、力学性能差、制备效率低下等问题。
本发明的技术方案是：
一种反模泡沫材料，该反模泡沫材料由三维连续的支撑骨架(a)和横断面直径可调控的三维连通的通道孔(b)构建而成；其中，该通道孔(b)的横断面为尺寸可调控的近圆状或椭圆状。
所述支撑骨架(a)自身为多孔结构或致密结构。
所述多孔结构支撑骨架(a)本体含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。
所述支撑骨架(a)本体的材质可为均质或非均质。
所述支撑骨架(a)本体的物理结构或化学结构可为各向同性的或各向异性的。
所述反模泡沫材料的任一截面上，任意相邻的两个通道孔(b)的截面的中心位置之间的距离(d1)为0.2mm～20mm，所述三维连通的通道孔(b)的横断面直径(d2)0.1mm～10mm。
所述支撑骨架(a)本体含有的孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，支撑骨架(a)本体的孔隙率p为0<p≤70％。
所述反模泡沫材料的材质选自以下的一种或两种以上：金属、陶瓷、高分子、碳材料。其中，所述金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石(3Al2O3·2SiO2)、铝镁尖晶石(MgO·3Al2O3)、镁铬尖晶石(MgO·Cr2O3)、锆英石(ZrO2·SiO2)、正硅酸钙(2CaO·SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、钙钛矿型复合氧化物(CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3)；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：(1)聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；(2)聚酰胺类：聚己内酰胺(PA6)、聚癸二酰己二胺(PA610)、聚十一内酰胺(PA11)、聚十二二酰己二胺(PA612)、聚癸二酰癸二胺(PA1010)；(3)聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；(4)聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管。
所述的反模泡沫材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)牺牲模板泡沫材料的制备工序：首先，采用具有三维连通开孔结构的高分子树脂泡沫材料作为初始模板材料，所述高分子树脂泡沫材料为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚酯、聚醚中的一种或两种以上；其次，对所述高分子树脂泡沫材料的网络骨架筋进行增粗处理，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
(2)反模泡沫材料预制体制备工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：
(i)注浆法，首先配制支撑骨架(a)生坯浆料，然后将支撑骨架(a)生坯浆料注入步骤(1)中所得牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，随后于50～300℃进行完全固化，制得反模泡沫材料预制体；
(ii)凝胶注模法，首先将溶剂、有机单体、交联剂、分散剂配制成预混液，再向预混液中加入所述的构成材质对应的粉体，充分混匀制得浆料，再在浆料中加入催化剂、引发剂，充分混匀后获得凝胶注模浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入凝胶注模浆料，依次经固化、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；
(iii)高温浇注法，将所述的构成材质在高温下熔化为液态，再浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却后制得反模泡沫材料预制体；
(iv)真空浇注法，将牺牲模板泡沫材料置入真空容器中，抽真空除去三维连通开孔中的空气，再将所述构成材质的高温熔融液或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却或固化干燥后制得反模泡沫材料预制体；
(v)等静压法，将所述构成材质对应的粉体或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，灌入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，再将其进行热等静压或冷等静压致密化，制得反模泡沫材料预制体；
(vi)采用溶胶-凝胶法，首先将溶剂、溶胶前驱体化合物、交联剂、分散剂、所述的构成材质对应的粉体中的一种或两种以上充分混匀，制得溶胶浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入溶胶浆料，依次经凝胶化、陈化、固化、脱溶剂、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；
(3)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将步骤(2)中制得的反模泡沫材料预制体按如下操作中的一种或两种以上进行预处理：(a)惰性气体保护或真空条件下热处理，升温速率1～10℃/min，温度600～1500℃，保温时间10～300min；(b)酸溶液清洗；(c)碱溶液清洗；(d)丙酮清洗；(e)无水乙醇清洗；(f)去离子水清洗；(g)空气中焙烧，制得反模泡沫材料成型前驱体；
(4)成型工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：(a)将步骤(3)所得的的反模泡沫材料成型前驱体在空气气氛下或保护气氛下或真空条件下进行高温烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h；所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护中的一种或两种以上；(b)在保护气氛下或真空条件中对样品施加高电压或大电流进行通电加热完成成型操作，所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护的一种或两种以上；
(5)后处理工序：将步骤(4)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧，由此制得具有三维连续的支撑骨架(a)和三维连通的通道孔(b)的反模泡沫材料。
步骤(1)所制备的牺牲模板泡沫材料的主要构成材质是以下物质中的一种或两种以上：聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、异氰酸酯、改性异氰酸酯、羧甲基纤维素、醋酸纤维素、淀粉、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钙、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化钴、氧化锰、氧化铜、氧化锌、氧化锡、氧化镍、石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、钾盐、钠盐、钙盐、镁盐、铝盐、亚铁盐、铁盐、铜盐、锰盐、镍盐、锌盐、铵盐、酒石酸盐、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、卤化物盐、磺化物盐、水杨酸盐、苯甲酸盐、醋酸盐、磷酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、乳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物，增粗处理选自以下的一种或两种以上的先后配合：
①浆料浸渍涂挂法，具体按如下步骤进行：按主要构成材质成分：溶剂＝100g：(50～200)g的比例配制增粗浆料，将具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料浸入至增粗浆料中，循环进行浸渍-去除多余浆料-半固化操作直至骨架筋粗细程度达到反模泡沫材料的三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，其中，溶剂选自以下的一种或两种以上：水、乙醇、丙酮、乙二醇、环己烷、正己烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃；
②化学镀法增粗：首先以具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料，对其进行敏化-活化处理后，进行化学镀镍、化学镀银、化学镀铜、化学镀钴、化学镀镍磷、化学镀镍磷硼，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
③电镀法或电泳沉积法增粗：对能导电的具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料施加过电位，进行电镀沉积、复合镀沉积、电泳沉积中的一种或两种以上操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
④溶胶-凝胶法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的前驱体的溶胶，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料循环进行“浸渍-去除多余溶胶料-不可逆凝胶化”操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的凝胶组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑤局部可控聚合：先配制含有固化剂、引发剂、交联剂中的一种或两种以上物质的溶液，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架筋表面浸渍负载，然后将其放入含有聚合单体的气体或液体中，在模板泡沫材料骨架筋表面进行原位聚合反应，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑥水热合成法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质元素对应的水热生长溶液，在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面水热合成，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的水热合成晶体组成的骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑦化学气相沉积或物理气相沉积法：在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面进行化学气相沉积或物理气相沉积，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料。
步骤(2)的方法(i)注浆法中，所述的支撑骨架(a)生坯层浆料由主成分粉料、粘结剂、固化剂、溶剂按50～500g：50～200g：(0～0.2)倍粘结剂质量：1000mL的配比、经充分球磨混料制成；其中，主成分粉料选自金属、陶瓷、高分子或碳材料的一种或两种以上，所述金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al2O3·2SiO2、铝镁尖晶石MgO·3Al2O3、镁铬尖晶石MgO·Cr2O3、锆英石ZrO2·SiO2、正硅酸钙2CaO·SiO2、镁橄榄石2MgO·SiO2、钙钛矿型复合氧化物CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：(1)聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；(2)聚酰胺类：聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010；(3)聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；(4)聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管；粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、羧甲基纤维素、壳聚糖、海藻酸、海藻酸钠、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚碳硅烷、聚硼氮烷、聚硼硅氧烷、聚硼硅氮烷、聚锆硼硅氮烷的一种或两种以上，溶剂为水、乙醇、丙酮、乙二醇、甲苯、二甲苯中的一种或两种以上；
步骤(2)的方法(ii)凝胶注模法中，所述溶剂为乙醇、丙酮、水中的一种或两种以上；所述有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲氧基-聚(乙二醇)甲基丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种以上；所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二丙烯基酒石酸二酰胺、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸中的一种或两种以上；所述引发剂为过硫酸铵、双氧水、盐酸偶氮[2-咪唑啉-2-丙烷]中的一种或两种以上；所述催化剂为四甲基乙二胺；
步骤(2)中方法(i)至方法(vi)所述灌入或注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中的粉体或浆料内含有造孔剂，以此调控最终获得的反模泡沫材料的支撑骨架(a)的孔隙结构；
步骤(2)所述的反模泡沫材料预制体的支撑骨架预制体的结构为无孔隙结构、部分有孔隙结构、均匀孔隙结构或完全无孔隙结构。
所述调控步骤优选为：(1)造孔剂选自金属造孔剂、氧化物造孔剂、高分子造孔剂、无机盐造孔剂、碳材料造孔剂的一种或两种以上，造孔剂的颗粒大小为1nm～100μm，造孔剂是加入量为灌入或注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中的粉体或浆料总质量的0.001％～20％；(2)先采用两种以上含有不同造孔剂的浆料对牺牲模板泡沫材料进行分阶段、依次进行“浸渍浆料-去除多余浆料-半固化”循环操作，在牺牲模板泡沫材料的骨架表面形成具有均质或非均质生坯层，然后在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中灌入或注入所述的粉体或浆料。
步骤(3)、(4)、(5)中任一步或两步以上组合的操作将孔隙去除，进而制备出具有致密结构支撑骨架(a)的反模泡沫材料。
在步骤(5)之后还包括功能化修饰工序，即通过电镀法、化学镀法、溶液刻蚀法、阳极氧化法、溶胶-凝胶法、水热反应法、蒸汽相转化法、Langmuir-Blodgett法、物理气相沉积法、化学气相沉积法的一种或两种以上，对支撑骨架(a)的外表面、三维连通的通道孔(b)内壁面、或支撑骨架(a)本身所含的纳米孔和/或微米孔孔壁面进行功能化修饰。
所述的反模泡沫材料的应用，反模泡沫材料用于下述任一领域：分离材料、过滤材料、催化载体材料、微反应器、微换热材料、复合材料增强体、电极材料、吸声/降噪材料、隔热材料、流体分布材料、反应分馏用材料、反应精馏用材料、分/精馏塔内固定阀等。
本发明的设计思想是：
本发明反模泡沫材料在宏观上由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成，支撑骨架自身为致密的，或为含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。利用具有三维连通网络结构的高分子树脂泡沫材料，采用本发明所述的结构设计和制备方法，制得三维连通网络的反模泡沫材料。该反模泡沫材料在实现支撑骨架高体积分数占比的同时具有尺寸可调控的两种类型的孔隙：宏观三维连通的通道孔、三维连续的支撑骨架自身含有的微米和/或纳米级孔隙。本发明创造性地采用骨架筋粗细程度可调控的模板泡沫材料，并对其进行反模操作，研制出反模泡沫材料，使其兼具三维连通通道孔结构和支撑骨架中的微米和/或纳米孔结构。同时，针对反模泡沫材料孔结构的构筑与调控提出针对性的制备工艺，是本发明的主要创新点之一。
本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明所述的反模泡沫材料具有尺寸均可调控的宏观三维连通的通道孔(b)和支撑骨架(a)本体含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。
2、本发明所述的反模泡沫材料中，支撑骨架占据较高的体积分数。
3、本发明所述的反模泡沫材料具有构成材质种类广泛、力学性能好等特点。
4、本发明所述的反模泡沫材料的制备技术中，制备工艺避免高体积分数泡沫材料的传统制备技术中的反复多次的浸渍过程，提高制备效率，大幅降低高体积分数泡沫材料的制备成本，具有很好的应用前景。
5、本发明的创新性在于实现高体积分数的三维连通开孔泡沫材料的高效率制备，为其应用奠定基础。
附图说明
图1为本发明所述具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫材料的宏观形貌。
图2为本发明所述具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫材料的局部放大形貌。
图3为本发明所述具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫材料的支撑骨架断口形貌。
图4为本发明所述具有致密结构支撑骨架的反模泡沫材料的宏观形貌。
图5为本发明所述具有致密结构支撑骨架的反模泡沫材料的支撑骨架断口形貌。
图6为本发明所述反模泡沫材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
如图6所示，在具体实施方式中，本发明反模泡沫材料的制备工艺如下：
以三维连通开孔树脂泡沫材料及造孔剂粉料为初始模板材料，以骨架筋经过增粗处理的三维连通牺牲模板泡沫材料作为模板材料(骨架筋粗细程度达预先设计值)，采用“填充牺牲模板材料的三维连通网孔，进行反模泡沫材料支撑骨架预制体的构建，获得反模泡沫材料预制体-牺牲模板泡沫材料的去除，经过预处理获得反模泡沫材料成型前驱体-高温烧结成型，获得反模泡沫材料-后处理(选用)”为代表的制备工艺，双底线部分操作即为构建反模泡沫材料支撑骨架生坯，按照制备反模泡沫材料的具体过程，列举如下几种实施例：
实施例1
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫碳化硅材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料的配制：将碳化硅粉料(平均粒径5μm)、硅粉(平均粒径3.5μm)、酚醛树脂、对甲苯磺酸(固化剂)、乙醇按配比50～1000g：50～1000g：50～200g：(0～0.2)倍酚醛树脂质量：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。
(2)牺牲模板泡沫材料的选择：采用平均网孔尺寸为3mm，骨架筋横截面直径尺寸约550μm的具有三维连通网络结构的聚氨酯树脂泡沫材料，作为牺牲模板泡沫材料。
(3)反模泡沫材料预制体制备：即反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建。将步骤(2)中的牺牲模板泡沫材料剪裁至所需形状和尺寸，然后将步骤(1)中的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料完全填充至步骤(2)牺牲模板泡沫材料的平均尺寸为3mm的宏观三维连通网孔中，然后于80～150℃干燥、半固化30分钟～30天，最后于200～300℃完全固化，完成反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建，获得反模泡沫材料预制体。
(4)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将预制体泡沫材料在高纯氩气(氩气体积分数≥99.999％)或其他惰性气体保护下进行牺牲模板泡沫材料的去除操作，升温速率1～10℃/min，处理温度600～900℃，保温时间10～300min，获得的样品可以选择进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、完全烘干，制得反模泡沫材料成型前驱体。
(5)成型工序：将成型前驱体在高纯氩气保护或真空条件下进行高温烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h。
(6)后处理(选用)：将步骤(5)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、有机溶剂(包括但不限于丙酮、无水乙醇)清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、惰性气氛保护下煅烧，制得反模泡沫材料。
此反模泡沫材料在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为5μm，孔隙率为50％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为500μm。该反模泡沫材料的抗压强度为10MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为40％。
实施例2
本实施例中，具有致密结构支撑骨架的反模泡沫材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(5)所述的成型工序为：将成型前驱体置于真空烧结炉中，在成型前驱体样品上均匀放置平均颗粒尺寸为5mm的硅粉颗粒。温度900～2500℃，保温时间10min～6h。所获得的反模泡沫材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅和硅，三维连续的支撑骨架为致密结构；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为500μm。该反模泡沫材料的抗压强度为15MPa，总孔隙率(包含三维连通的通道孔的孔隙)为30％。
实施例3
本实施例中，具有致密结构支撑骨架的反模泡沫氧化铝材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(1)为：将氧化铝粉(平均粒径3.5μm)、氧化镁粉(平均粒径3μm)、聚乙烯醇缩丁醛、乙醇按配比50～1000g：1～100g：5～200g：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。步骤(2)中，以平均网孔尺寸为5mm，骨架筋横截面直径尺寸约850μm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。步骤(5)中为空气气氛中烧结，温度900～2000℃，保温时间10min～6h。此反模泡沫氧化铝材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含氧化铝，三维连续的支撑骨架为致密结构；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为800μm。该反模泡沫材料的抗压强度为17MPa，总孔隙率(包含三维连通的通道孔的孔隙)为35％。
实施例4
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫氮化硅材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(1)为：将氮化硅粉(平均粒径0.5μm)、氧化镁粉(平均粒径3μm)、氧化钇粉(平均粒径1μm)、氧化铝粉(平均粒径2μm)聚乙烯醇缩丁醛、乙醇按配比50～1000g：1～100g：1～100g：1～100g：5～300g：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。步骤(2)中，以平均网孔尺寸为3mm，骨架筋横截面直径尺寸约550μm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。步骤(4)中为空气气氛中烧结，温度500～800℃，保温时间10min～6h。步骤(5)中为高纯氮气气氛中烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h。所获得的反模泡沫氮化硅材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含氮化硅，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为2μm，孔隙率为30％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为500μm。该反模泡沫材料的抗压强度为30MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为40％。
实施例5
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫塞隆材料的制备工艺如下：
实施例4不同之处在于，步骤(1)中，生坯原料配制：碳化硅粉料(平均粒径5μm)、硅粉(平均粒径3.5μm)、氧化硅粉(平均粒径1μm)、活性氧化铝粉(平均粒径2μm)、酚醛树脂、对甲苯磺酸(固化剂)、乙醇按配比50～500g：50～500g：50～500g：50～500g：50～200g：(0～0.2)倍酚醛树脂质量：1000mL。步骤(2)中，以平均网孔尺寸为5mm，骨架筋横截面直径尺寸约850μm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。所获得的反模泡沫塞隆(Si6- xAlxOxN8-x)材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含塞隆(Si6-xAlxOxN8-x)，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为1μm，孔隙率为35％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为800μm。该反模泡沫材料的抗压强度为33MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为30％。
实施例6
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫碳材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(1)为：将活性碳粉(平均粒径5μm)、酚醛树脂、对甲苯磺酸(固化剂)、乙醇按配比50～1000g：50～200g：(0～0.2)倍酚醛树脂质量：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。步骤(2)中，以平均网孔尺寸为5mm，骨架筋横截面直径尺寸约1mm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。步骤(4)中为高纯氩气氛中，处理温度500℃，保温时间10min～6h。步骤(5)中为高纯二氧化碳气氛中，处理温度600～1000℃，保温时间10min～6h。所获得的反模泡沫活性碳材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含多孔碳，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，孔径呈0.15μm和2μm双分布，孔隙率为40％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为500μm。该反模泡沫材料的抗压强度为0.5MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为50％。
实施例7
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫钛材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(1)为：将钛粉(平均粒径10μm)、聚乙烯醇缩丁醛、乙醇按配比50～1000g：5～200g：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。步骤(2)中，以平均网孔尺寸为7mm，骨架筋横截面直径尺寸约2mm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。步骤(4)中为真空中处理温度800℃，保温时间10min～6h。所获得的反模泡沫钛材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含钛，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为2μm，孔隙率为30％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为1.8mm。该反模泡沫材料的抗压强度为10MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为40％。
实施例8
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫高温合金材料的制备工艺如下：
与实施例7不同之处在于，步骤(1)中以高温合金粉(FGH97牌号，平均粒径20μm)代替钛粉(平均粒径10μm)，步骤(2)中，以平均网孔尺寸为6mm，骨架筋横截面直径尺寸约1mm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。所获得的反模泡沫高温合金材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成为高温合金FGH97，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为2μm，孔隙率为30％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为800μm。该反模泡沫材料的抗压强度为15MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为42％。
实施例9
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫铜材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料的配制：将纯铜粉料(平均粒径3μm)、碳酸氢铵粉(平均粒径5μm)、聚乙烯醇粉(20μm)按配比50～1000g：5～500g：5～200g，经充分混合制成反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。
(2)牺牲模板泡沫材料的选择：采用平均网孔尺寸为5mm，骨架筋横截面直径尺寸约1mm的具有三维连通网络结构的聚氨酯树脂泡沫材料，作为牺牲模板泡沫材料。
(3)反模泡沫材料预制体制备：即反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建。将步骤(2)中的牺牲模板泡沫材料剪裁至所需形状和尺寸，然后将步骤(1)中的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料完全填充至步骤(2)牺牲模板泡沫材料的平均尺寸为5mm的宏观三维连通网孔中，然后于100MPa压力下等静压，完成反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建，获得反模泡沫材料预制体。
(4)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将预制体泡沫材料在高纯氩气(氩气体积分数≥99.999％)或其他惰性气体保护下进行牺牲模板泡沫材料的去除操作，升温速率1～10℃/min，处理温度600～900℃，保温时间10～300min，获得的样品可以选择进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、完全烘干，制得反模泡沫材料成型前驱体。
(5)成型工序：将成型前驱体在高纯氩气保护或真空条件下进行高温烧结，温度700～1500℃，保温时间10min～6h。
(6)后处理(选用)：将步骤(5)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、有机溶剂(包括但不限于丙酮、无水乙醇)清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、惰性气氛保护下煅烧，制得具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫铜材料。
此反模泡沫材料在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成为铜，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为5μm，孔隙率为55％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为900μm。该反模泡沫材料的抗压强度为12MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为36％。
实施例10
本实施例中，具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫钽材料的制备工艺如下：
与实施例9不同之处在于，步骤(1)中以纯钽粉(平均粒径1μm)代替纯铜粉料(平均粒径3μm)；步骤(3)中的等静压压力为300MPa；步骤(5)中的烧结温度为2000～3000℃，保温时间10min～6h。所获得的具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫钽材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成为钽，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为7μm，孔隙率为52％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为900μm。该反模泡沫材料的抗压强度为16MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为30％。
如图1所示，从具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫材料的宏观形貌可以看出，该反模泡沫材料的几何尺寸可以用机械加工的方法灵活控制。
如图2所示，从具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫材料的局部放大形貌可以看出，该反模泡沫材料由三维连续的支撑骨架和三维连通的通道孔构建而成；其中，该通道孔的横断面为近圆状或椭圆状。
如图3所示，从具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫材料的支撑骨架断口形貌可以看出，该反模泡沫材料的支撑骨架含有大量微米级孔隙的多孔材料，自身为大量构成材质对应的颗粒经烧结而成。
如图4所示，从具有致密结构支撑骨架的反模泡沫材料的宏观形貌可以看出，该反模泡沫材料同样由三维连续的支撑骨架和三维连通的通道孔构建而成；其中，该通道孔的横断面为近圆状或椭圆状。
如图5所示，从具有致密结构支撑骨架的反模泡沫材料的支撑骨架断口形貌可以看出，该反模泡沫材料的支撑骨架自身为致密结构。
实施例结果表明，本发明所述的反模泡沫材料，宏观结构为三维连续的支撑骨架和三维连通的通道孔构建而成，其中，该通道孔的横断面为近圆状或椭圆状。以具有三维连通网络结构的高分子树脂泡沫材料为初始模板材料，进行增粗处理后制得骨架筋粗细达设定值的牺牲模板泡沫材料。将牺牲模板泡沫材料剪裁后，采用“填充牺牲模板材料的三维连通网孔-去除牺牲模板材料-预处理”为代表的制备工艺(双底线部分操作即为构建反模泡沫材料支撑骨架生坯)，得到与牺牲模板泡沫材料结构相反的反模泡沫材料成型前驱体。经成型工序、后处理工序，制得反模泡沫材料。该技术工艺简单，无需复杂设备。所制备的反模泡沫材料为新型泡沫多孔材料，其创新点在于：(1)与传统泡沫材料相比，具有相对较高的体积分数(即相对较低的孔隙率)的同时，具有宏观上的三维连通的通道孔和支撑骨架上具有微米(和纳米)级孔隙；(2)材质种类广泛；(3)制备工艺避免高体积分数泡沫材料的传统制备技术中的反复多次的浸渍过程，提高制备效率，大幅降低高体积分数泡沫材料的制备成本，具有很好的应用前景。

Claims (13)

1.一种反模泡沫材料，其特征在于，该反模泡沫材料由三维连续的支撑骨架(a)和横断面直径可调控的三维连通的通道孔(b)构建而成；其中，该通道孔(b)的横断面为近圆状或椭圆状，反模泡沫材料的材质选自以下的一种或两种以上：金属、陶瓷、高分子、碳材料。
2.按照权利要求1所述的反模泡沫材料，其特征在于，所述支撑骨架(a)自身为多孔结构或致密结构，多孔结构支撑骨架(a)本体含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。
3.按照权利要求2所述的反模泡沫材料，其特征在于，所述支撑骨架(a)本体含有的孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，支撑骨架(a)本体的孔隙率p为0<p≤70％。
4.按照前述任一权利要求所述的反模泡沫材料，其特征在于，所述支撑骨架(a)本体的材质为均质或非均质，所述支撑骨架(a)本体的物理结构或化学结构为各向同性的或各向异性的。
5.按照前述任一权利要求所述的反模泡沫材料，其特征在于，所述反模泡沫材料的任一截面上，任意相邻的两个通道孔(b)的截面的中心位置之间的距离(d1)为0.2mm～20mm，所述三维连通的通道孔(b)的横断面直径(d2)为0.1mm～10mm。
6.按照前述任一权利要求所述的反模泡沫材料，其特征在于，所述金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al2O3·2SiO2、铝镁尖晶石MgO·3Al2O3、镁铬尖晶石MgO·Cr2O3、锆英石ZrO2·SiO2、正硅酸钙2CaO·SiO2、镁橄榄石2MgO·SiO2、钙钛矿型复合氧化物CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：(1)聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；(2)聚酰胺类：聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010；(3)聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；(4)聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管。
7.按照权利要求1-6任一项所述的反模泡沫材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
(1)牺牲模板泡沫材料的制备工序：首先，采用具有三维连通开孔结构的高分子树脂泡沫材料作为初始模板材料，所述高分子树脂泡沫材料为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚酯、聚醚中的一种或两种以上；其次，对所述高分子树脂泡沫材料的网络骨架筋进行增粗处理，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
(2)反模泡沫材料预制体制备工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：
(i)注浆法，首先配制支撑骨架(a)生坯浆料，然后将支撑骨架(a)生坯浆料注入步骤(1)中所得牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，随后于50～300℃进行完全固化，制得反模泡沫材料预制体；
(ii)凝胶注模法，首先将溶剂、有机单体、交联剂、分散剂配制成预混液，再向预混液中加入所述的构成材质对应的粉体，充分混匀制得浆料，再在浆料中加入催化剂、引发剂，充分混匀后获得凝胶注模浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入凝胶注模浆料，依次经固化、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；
(iii)高温浇注法，将所述的构成材质在高温下熔化为液态，再浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却后制得反模泡沫材料预制体；
(iv)真空浇注法，将牺牲模板泡沫材料置入真空容器中，抽真空除去三维连通开孔中的空气，再将所述构成材质的高温熔融液或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却或固化干燥后制得反模泡沫材料预制体；
(v)等静压法，将所述构成材质对应的粉体或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，灌入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，再将其进行热等静压或冷等静压致密化，制得反模泡沫材料预制体；
(vi)采用溶胶-凝胶法，首先将溶剂、溶胶前驱体化合物、交联剂、分散剂、所述的构成材质对应的粉体中的一种或两种以上充分混匀，制得溶胶浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入溶胶浆料，依次经凝胶化、陈化、固化、脱溶剂、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；
(3)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将步骤(2)中制得的反模泡沫材料预制体按如下操作中的一种或两种以上进行预处理：(a)惰性气体保护或真空条件下热处理，升温速率1～10℃/min，温度600～1500℃，保温时间10～300min；(b)酸溶液清洗；(c)碱溶液清洗；(d)丙酮清洗；(e)无水乙醇清洗；(f)去离子水清洗；(g)空气中焙烧，制得反模泡沫材料成型前驱体；
(4)成型工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：(a)将步骤(3)所得的的反模泡沫材料成型前驱体在空气气氛下或保护气氛下或真空条件下进行高温烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h；所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护中的一种或两种以上；(b)在保护气氛下或真空条件中对样品施加高电压或大电流进行通电加热完成成型操作，所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护的一种或两种以上；
(5)后处理工序：将步骤(4)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧，由此制得具有三维连续的支撑骨架(a)和三维连通的通道孔(b)的反模泡沫材料。
8.按照权利要求7所述的反模泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所制备的牺牲模板泡沫材料的主要构成材质是以下物质中的一种或两种以上：聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、异氰酸酯、改性异氰酸酯、羧甲基纤维素、醋酸纤维素、淀粉、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钙、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化钴、氧化锰、氧化铜、氧化锌、氧化锡、氧化镍、石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、钾盐、钠盐、钙盐、镁盐、铝盐、亚铁盐、铁盐、铜盐、锰盐、镍盐、锌盐、铵盐、酒石酸盐、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、卤化物盐、磺化物盐、水杨酸盐、苯甲酸盐、醋酸盐、磷酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、乳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物，增粗处理选自以下的一种或两种以上的先后配合：
①浆料浸渍涂挂法，具体按如下步骤进行：按主要构成材质成分：溶剂＝100g：(50～200)g的比例配制增粗浆料，将具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料浸入至增粗浆料中，循环进行浸渍-去除多余浆料-半固化操作直至骨架筋粗细程度达到反模泡沫材料的三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，其中，溶剂选自以下的一种或两种以上：水、乙醇、丙酮、乙二醇、环己烷、正己烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃；
②化学镀法增粗：首先以具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料，对其进行敏化-活化处理后，进行化学镀镍、化学镀银、化学镀铜、化学镀钴、化学镀镍磷、化学镀镍磷硼，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
③电镀法或电泳沉积法增粗：对能导电的具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料施加过电位，进行电镀沉积、复合镀沉积、电泳沉积中的一种或两种以上操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
④溶胶-凝胶法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的前驱体的溶胶，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料循环进行“浸渍-去除多余溶胶料-不可逆凝胶化”操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的凝胶组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑤局部可控聚合：先配制含有固化剂、引发剂、交联剂中的一种或两种以上物质的溶液，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架筋表面浸渍负载，然后将其放入含有聚合单体的气体或液体中，在模板泡沫材料骨架筋表面进行原位聚合反应，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑥水热合成法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质元素对应的水热生长溶液，在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面水热合成，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的水热合成晶体组成的骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑦化学气相沉积或物理气相沉积法：在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面进行化学气相沉积或物理气相沉积，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料。
9.按照权利要求7所述的反模泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)的方法(i)注浆法中，所述的支撑骨架(a)生坯层浆料由主成分粉料、粘结剂、固化剂、溶剂按50～500g：50～200g：(0～0.2)倍粘结剂质量：1000mL的配比、经充分球磨混料制成；其中，主成分粉料选自金属、陶瓷、高分子或碳材料的一种或两种以上，所述金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al2O3·2SiO2、铝镁尖晶石MgO·3Al2O3、镁铬尖晶石MgO·Cr2O3、锆英石ZrO2·SiO2、正硅酸钙2CaO·SiO2、镁橄榄石2MgO·SiO2、钙钛矿型复合氧化物CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6- xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：(1)聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；(2)聚酰胺类：聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010；(3)聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；(4)聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管；粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、羧甲基纤维素、壳聚糖、海藻酸、海藻酸钠、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚碳硅烷、聚硼氮烷、聚硼硅氧烷、聚硼硅氮烷、聚锆硼硅氮烷的一种或两种以上，溶剂为水、乙醇、丙酮、乙二醇、甲苯、二甲苯中的一种或两种以上；
步骤(2)的方法(ii)凝胶注模法中，所述溶剂为乙醇、丙酮、水中的一种或两种以上；所述有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲氧基-聚(乙二醇)甲基丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种以上；所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二丙烯基酒石酸二酰胺、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸中的一种或两种以上；所述引发剂为过硫酸铵、双氧水、盐酸偶氮[2-咪唑啉-2-丙烷]中的一种或两种以上；所述催化剂为四甲基乙二胺；
步骤(2)中方法(i)至方法(vi)所述灌入或注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中的粉体或浆料内含有造孔剂，以此调控最终获得的反模泡沫材料的支撑骨架(a)的孔隙结构；
步骤(2)所述的反模泡沫材料预制体的支撑骨架预制体的结构为无孔隙结构、部分有孔隙结构、均匀孔隙结构或完全无孔隙结构。
10.按照权利要求9所述的反模泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述调控步骤优选为：(1)造孔剂选自金属造孔剂、氧化物造孔剂、高分子造孔剂、无机盐造孔剂、碳材料造孔剂的一种或两种以上，造孔剂的颗粒大小为1nm～100μm，造孔剂是加入量为灌入或注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中的粉体或浆料总质量的0.001％～20％；(2)先采用两种以上含有不同造孔剂的浆料对牺牲模板泡沫材料进行分阶段、依次进行“浸渍浆料-去除多余浆料-半固化”循环操作，在牺牲模板泡沫材料的骨架表面形成具有均质或非均质生坯层，然后在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中灌入或注入所述的粉体或浆料。
11.按照权利要求7所述的反模泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)、(4)、(5)中任一步或两步以上组合的操作将孔隙去除，进而制备出具有致密结构支撑骨架(a)的反模泡沫材料。
12.按照权利要求7所述的反模泡沫材料的制备方法，其特征在于，在步骤(5)之后还包括功能化修饰工序，即通过电镀法、化学镀法、溶液刻蚀法、阳极氧化法、溶胶-凝胶法、水热反应法、蒸汽相转化法、Langmuir-Blodgett法、物理气相沉积法、化学气相沉积法的一种或两种以上，对支撑骨架(a)的外表面、三维连通的通道孔(b)内壁面、或支撑骨架(a)本身所含的纳米孔和/或微米孔孔壁面进行功能化修饰。
13.一种前述任一权利要求所述的反模泡沫材料的应用，其特征在于，反模泡沫材料用于下述任一领域：分离材料、过滤材料、催化载体材料、微反应器、微换热材料、复合材料增强体、电极材料、吸声/降噪材料、隔热材料、流体分布材料、反应分馏用材料、反应精馏用材料、分/精馏塔内固定阀。
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