清华大学发现控制泡沫陶瓷干燥与烧结过程收缩率的新方法

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。

2022年11月，清华大学材料学院杨金龙教授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。

传统酸碱辅助发泡制得的泡沫陶瓷，线收缩率在35.5%。文章报道的醇类分子辅助发泡剂制得的样品，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。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1.32～1.69 MPa。泡沫陶瓷的隔热性能为0.0635 W/（m·K）。

同时，该体系的泡沫坯体可以用于3D 打印直写技术，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。

近日，该研究成果以3D printable ultra-highly porous and mechanically strong foam materials for multiple applications为题发表在Advanced Functional Materials上。