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《Advanced Functional Materials》:适用于多种应用的3D打印超高孔和机械强度高的泡沫材

《Advanced Functional Materials》:适用于多种应用的3D打印超高孔和机械强度高的泡沫材

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-11-28 10:40
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【概要描述】所制得的未经烧结的坯体可在水的环境下维持10天(或更长时间)气孔结构不发生变化,亦可在乙醇的环境下维持3天(或更长时间)气孔结构不发生变化。这说明该坯体可以被直接用做一些基体材料,如组织工程支架、多孔涂层、隔热材料等,具有广阔的工业化前景。

《Advanced Functional Materials》:适用于多种应用的3D打印超高孔和机械强度高的泡沫材

【概要描述】所制得的未经烧结的坯体可在水的环境下维持10天(或更长时间)气孔结构不发生变化,亦可在乙醇的环境下维持3天(或更长时间)气孔结构不发生变化。这说明该坯体可以被直接用做一些基体材料,如组织工程支架、多孔涂层、隔热材料等,具有广阔的工业化前景。

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2022年12月4日,清华大学材料学院杨金龙教授课题组在《Advanced Functional Materials》发表题为3D Printable Ultra-Highly Porous and Mechanically StrongFoam Materials for Multiple Applications的研究论文,发现了一种控制泡沫陶瓷干燥与烧结过程收缩率的新方法,利用醇类分子与氧化物表面基团的吸附作用,增强了发泡剂在颗粒表面的吸附量,通过发泡剂分子链的疏水聚集作用,将坯体的收缩率控制在了20%以下。

原文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202205537

 

 

 研究简介 

 

泡沫陶瓷作为一种高气孔率的陶瓷,在干燥与烧结过程中的收缩率非常大,一般可超过50%,一直以来是陶瓷界的一大难题,严重影响了泡沫陶瓷器件的制备与使用。 

该课题组发现了一种控制泡沫陶瓷干燥与烧结过程收缩率的新方法,利用醇类分子与氧化物表面基团的吸附作用,增强了发泡剂在颗粒表面的吸附量,通过发泡剂分子链的疏水聚集作用,将坯体的收缩率控制在了20%以下。该方法中,醇类分子对体系中表界面的调节作用代替了传统酸碱调节pH值的方法,成为了一种条件温和可控的制备高强度、低收缩泡沫陶瓷材料的新方法。

 

 

图1 泡沫陶瓷及其对比样品的气孔率及收缩率

 

 

 

图2 泡沫材料3D打印直写制备泡沫材料

 

 

 研究结论 

 

传统酸碱辅助发泡制得的泡沫陶瓷,线收缩率在35.5%。本文报道的醇类分子辅助发泡发制得的样品,在相同温度烧结后的收缩率为18.8%,并保持着94.4%的气孔率。文章中揭示了相应的发泡与抗收缩机理。同时,该泡沫坯体在未烧结状态下,可承受一定的压力。烧结后,其抗压强度达到1.32-1.69MPa。泡沫陶瓷的隔热性能可达0.0635W/m·K。

同时,该体系的泡沫坯体可以用做3D打印直写(DIW)技术,制备不同形状的泡沫陶瓷材料。所制得的未经烧结的坯体可在水的环境下维持10天(或更长时间)气孔结构不发生变化,亦可在乙醇的环境下维持3天(或更长时间)气孔结构不发生变化。这说明该坯体可以被直接用做一些基体材料,如组织工程支架、多孔涂层、隔热材料等,具有广阔的工业化前景。

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