清華大學研發出3D打印“海綿陶瓷”材料用途廣泛
眾所周知，陶瓷因其強度高的優勢，被廣泛應用于多個制造業領域。然而，這種材料最大的缺點就是脆性。據南極熊了解，近日，清華大學的研究團隊研發出一種3D打印“海綿陶瓷”，可以克服這一缺點。這種新型陶瓷材料超輕、耐熱，完全不存在傳統消費陶瓷的脆性問題，而且其制備過程快速經濟，未來有望應用在隔熱、消防人員防護服、水過濾等領域。
據悉，該材料通過將陶瓷納米纖維嵌入到海綿中紡織在一起制成，因此非常輕。具體工作原理是，陶瓷溶液從微小的噴絲孔噴射到紡絲箱中，然后噴射出來的絲就會纏繞到一起，就像用糖絲制作棉花糖一樣。
所以，最終制備得到的材料可以像棉花糖一樣又輕又軟。當人們擠壓該陶瓷材料時，它可以被壓扁然后反彈回近似原始形態，而且不會被損壞。
這種制備方法比3D打印或者靜電紡絲更加省時，成本也更低，可以實現大規模生產。據介紹，這項研究旨在制備一種既能高度變形又可以承受高溫的材料。
在實際研究過程中，研究人員嘗試了幾種不同的陶瓷材料來制備其中的海綿，包括二氧化鈦和氧化鋯等。這些材料本身是非常好的隔熱材料。為了測試它們的耐熱性，研究人員將花瓣放置到不同的材料上，比如鐵、氧化鋁泡沫以及新型氧化鋯陶瓷海綿等。頂部的發熱體將其加熱至752度，10分鐘后，鐵、氧化鋁泡沫等材料上的花瓣都變得松脆。而氧化鋯陶瓷海綿上的花瓣只是變得有點枯萎，并且一小時之后，海綿頂部的溫度僅有200度，展現了很好的耐熱性能。
研究人員希望利用這一優勢，將其利用在隔熱材料，甚至是對重量、靈活性以及隔熱性都有要求的消防服上。此前有人開發了可彎曲的耐熱陶瓷，但是它們多類似于薄紙狀而不是棉花球狀，而且應用范圍往往限于電子工業。
除了耐熱性，海綿陶瓷還具有良好的通透性，因此可以用于過濾污水，在光照下除去污染顆粒。當代的水過濾技術中，所用的過濾材料大多是粉末狀，并且難以重復利用。而這種新型的陶瓷材料光照下僅用15分鐘就可以把人工染料分解掉，將清潔后的水擠出陶瓷后，又可以重復利用。該研究成果證明了這種海綿陶瓷是可制備的，只不過商業化應用仍需要時間。
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