清華大學(xué)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

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的制備高強(qiáng)度、低收縮泡沫陶瓷材料的新方法。

傳統(tǒng)酸堿輔助發(fā)泡制得的泡沫陶瓷，線收縮率在35.5%。文章報(bào)道的醇類分子輔助發(fā)泡劑制得的樣品，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。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1.32～1.69 MPa。泡沫陶瓷的隔熱性能為0.0635 W/（m·K）。

同時(shí)，該體系的泡沫坯體可以用于3D 打印直寫技術(shù)，制備不同形狀的泡沫陶瓷材料。所制得的未經(jīng)燒結(jié)的坯體可在水環(huán)境下維持10 天（或更長時(shí)間）氣孔結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，亦可在乙醇環(huán)境下維持3 天（或更長時(shí)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3D printable ultra-highly porous and mechanically strong foam materials for multiple applications為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。