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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)過程收縮率的新方法
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)布時間:2022-12-16
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泡沫陶瓷作為一種高氣孔率的陶瓷,在干燥與燒結(jié)過程中的收縮率非常大,一般可超過50%,一直以來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,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,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(或更長時間)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(或更長時間)氣孔結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。這說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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