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清華大學(xué)材料學(xué)院楊金龍課題組發(fā)現(xiàn)控制泡沫陶瓷干燥與燒結(jié)過(guò)程收縮率的新方法

編輯：轉(zhuǎn)自：CERADIR先進(jìn)陶瓷在線發(fā)布時(shí)間：2022-12-16

泡沫陶瓷作為一種高氣孔率的陶瓷，在干燥與燒結(jié)過(guò)程中的收縮率非常大，一般可超過(guò)50%，一直以來(lái)是陶瓷界的一大難題，嚴(yán)重影響了泡沫陶瓷器件的制備與使用。2022年11月，清華大學(xué)材料學(xué)院楊金龍教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種控制泡沫陶瓷干燥與燒結(jié)過(guò)程收縮率的新方法，利用醇類分子與氧化物表面基團(tuán)的吸附作用，增強(qiáng)了發(fā)泡劑在顆粒表面的吸附量，通過(guò)發(fā)泡劑分子鏈的疏水聚集作用，將坯體的收縮率控制在了20%以下。該方法中，醇類分子對(duì)體系中表界面的調(diào)節(jié)作用代替了傳統(tǒng)酸堿調(diào)節(jié)pH值的方法，成為了一種條件溫和可控地制備高強(qiáng)度、低收縮泡沫陶瓷材料的新方法。

圖1.泡沫陶瓷及其對(duì)比樣品的氣孔率及收縮率

圖2.泡沫材料3D打印直寫制備泡沫材料

傳統(tǒng)酸堿輔助發(fā)泡制得的泡沫陶瓷，線收縮率在35.5%。本文報(bào)道的醇類分子輔助發(fā)泡發(fā)制得的樣品，在相同溫度燒結(jié)后的收縮率為18.8%，并保持著94.4%的氣孔率。文章中揭示了相應(yīng)的發(fā)泡與抗收縮機(jī)理。同時(shí)，該泡沫坯體在未燒結(jié)狀態(tài)下，可承受一定的壓力。燒結(jié)后，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.32-1.69MPa。泡沫陶瓷的隔熱性能可達(dá)0.0635W/m·K。

同時(shí)，該體系的泡沫坯體可以用作3D打印直寫（DIW）技術(shù)，制備不同形狀的泡沫陶瓷材料。所制得的未經(jīng)燒結(jié)的坯體可在水的環(huán)境下維持10天（或更長(zhǎng)時(shí)間）氣孔結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，亦可在乙醇的環(huán)境下維持3天（或更長(zhǎng)時(shí)間）氣孔結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。這說(shuō)明該坯體可以被直接用做一些基體材料，如組織工程支架、多孔涂層、隔熱材料等，具有廣闊的工業(yè)化前景。

近日，該研究成果以“可3D打印的多功能超高氣孔率高強(qiáng)泡沫陶瓷材料”（3D Printable Ultra-Highly Porous and Mechanically StrongFoam Materials for Multiple Applications）為題發(fā)表在期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

該論文第一單位為清華大學(xué)材料學(xué)院，清華大學(xué)材料學(xué)院楊金龍課題組博士后王超為第一作者，材料學(xué)院楊金龍教授為通訊作者。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205537

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清華大學(xué)材料學(xué)院楊金龍課題組發(fā)現(xiàn)控制泡沫陶瓷干燥與燒結(jié)過(guò)程收縮率的新方法