各种水果的果皮都具有良好的缓冲作用，柚子也不例外。柚子致密的外皮具有梯度泡孔结构，泡孔尺寸从外层到内层逐渐增大。这种结构在坠落的冲击下会逐渐坍塌，从而保护果肉免受损伤。
受到这一现象的启发，江南大学的研究人员一直在研究一种制备梯度聚氨酯泡沫材料的方法。他们采用压力辅助一步化学发泡技术，成功制备出泡孔尺寸沿轴向逐渐增大的一体化泡沫，他们将其描述为类似于柚子。
聚氨酯泡沫是一种微孔发泡材料，均匀细腻的泡孔结构赋予了其强度高、韧性好、应力传递平稳等特质，因而被广泛应用于制鞋、缓冲、防爆材料方面。聚氨酯泡沫可通过基体以及泡孔结构的可复性变形耗散能量，尤其在减震方面。大量研究表明，泡沫的机械性能与其相对密度和泡孔形态密切相关。而均质泡沫通体特性扁平化，要提高能量吸收性能往往意味着泡沫密度随之增加、材料成本上升。因此具有泡孔分级结构的梯度泡沫逐渐成为研究重点。
梯度泡沫材料现有的制备方法
梯度泡沫材料，是成分和结构呈连续梯度变化的一种新型多孔复合材料，可以通过优化结构来满足其整体功能和性能的设计性要求。聚合物梯度泡沫材料现有的制备方法有：
(1) 粘合法将不同性质的单层材料粘接在一起构建梯度泡沫，上述方法简单，但存在无法忽视的界面问题，不属于一体化制备，且由于存在密度突变的粘合层，应力难以跨越强界面继续传递，导致应力首先在界面内聚并在该处产生横向剪切撕裂作用导致压溃失效。
(2) 超临界发泡法需要在高温高压的条件下完成对热塑性材料的气体饱和吸附，而后经两段吸附或两段泄压过程形成梯度泡孔，该方法能耗高且对设备要求严格。
(3) 3D打印法通过沿预定路径打印熔融线材来制备梯度泡沫，该方法路径控制比较复杂、且泡孔可变性不高、受打印速度限制产能不高。
(4) 冷冻法采用定向冷冻法制备梯度气凝胶材料，该方法需要冷热处理，能耗高、产能低。
(5) 熔融共挤出法通过基料与不同比例的成核剂共混挤出片材后，将片材熔融叠合，因成核剂有利于泡孔形成，所以泡孔分布与成核剂浓度正相关，利用这一特性经发泡后获得梯度多孔材料，该方法工艺繁琐且能耗较高。
(6) 微波法与熔融共挤出类似，利用含有不同浓度微波吸收剂的基材片熔融叠合，再经预发泡与微波二次发泡后获得梯度泡沫材料，因微波吸收剂浓度差异可以形成梯度温度场，对发泡程度产生影响，形成梯度泡沫；该方法工艺更加繁琐、所需设备条件更加严格且能耗高。
以上方法虽然都可以构建梯度泡沫材料，但都存在一些限制，导致梯度泡沫材料发展的不足。
利用压力辅助发泡技术一步法化学发泡制备一体化梯度泡沫
为解决上述问题，江南大学的研究人员发明了利用压力辅助发泡技术一步法化学发泡制备一体化梯度泡沫。该发明采用的技术方法简单易复现，可以达到降低能耗、减少成本或提升效率等目的。制备得到的梯度泡沫材料实现了密度与泡孔尺寸的连续过渡，避免了界面问题造成的内部破坏。
该发明的技术关键在于，外部施加的压力对泡孔的膨胀起到了一定的制约作用，从而促使泡孔结构发生显著变化。
在加工的关键窗口期内，分子网络结构尚未完全固化，此时粘度的增加赋予了泡孔壁一定的强度，尽管这种强度尚处于较为脆弱且易于变形的状态，施加于基体的外部载荷促使泡孔内的气体从内向外抵抗外部压力所引起的变形和收缩，直至达到一个动态平衡。这一平衡状态的结果是泡孔发生弯曲变形，进而形成扁圆形的结构。此外，由于应力传递的连续性，泡孔的弯曲变形程度从外向内逐渐减小，形成了一种自然的梯度结构。随着应力传导的增强，在相同压力作用时间下，质密区的厚度会逐渐累积增加。
一体化梯度泡沫的性能表现
在这种一体化梯度泡沫中，出现了连续增大的泡孔尺寸分布。在质密区中，泡孔呈现椭圆形，尺寸较小，密度较高；而在常规区，泡孔则接近圆形，尺寸较大，密度较低。这两种截然不同的形态特征赋予了弹性体独特的物理性能。在质密区，由于泡孔壁较厚，压缩过程中主要通过弯曲变形来耗散能量；而在常规区，泡孔壁较薄，往往伴随着撕裂来耗散能量。这种更厚的质密区设计有效减少了冲击过程中基体的撕裂风险。同时，常规区的存在显著提高了材料的整体比能量吸收能力。
他们通过准静态压缩和低速冲击试验分析了泡沫，以检验发泡技术对泡孔结构的影响及其机械性能的改变。结果表明，增加发泡时间可以减小泡孔尺寸，同时提高密度，从而增强压缩过程中的应力传递和能量耗散。
与传统的梯度粘合泡沫相比，这种泡沫避免了界面突变，从而实现了稳定且较高的能量吸收。他们表示，一体化梯度泡沫的泡孔尺寸梯度范围从10微米到近27微米。其比能量吸收率较均质泡沫高出八倍以上。
研究人员表示，所有梯度泡沫在动态载荷下均表现更佳，在更高的应变率下，抗压强度和能量吸收率显著提升。他们相信一体化梯度泡沫在防护和缓冲应用方面都具有潜力。
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