清華大學發現控制泡沫陶瓷干燥與燒結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，嚴重影響了泡沫陶瓷器件的制備與使用。

2022年11月，清華大學材料學院楊金龍教授課題組發現了一種控制泡沫陶瓷干燥與燒結過程收縮率的新方法，利用醇類分子與氧化物表面基團的吸附作用，增強了發泡劑在顆粒表面的吸附量，通過發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節作用代替了傳統酸堿調節pH 值的方法，成為了一種條件溫和可控的制備高強度、低收縮泡沫陶瓷材料的新方法。

傳統酸堿輔助發泡制得的泡沫陶瓷，線收縮率在35.5%。文章報道的醇類分子輔助發泡劑制得的樣品，在相同溫度燒結后的收縮率為18.8%，并保持著94.4%的氣孔率。同時，該泡沫坯體在未燒結狀態下，可承受一定的壓力。燒結后，其抗壓強度達到1.32～1.69 MPa。泡沫陶瓷的隔熱性能為0.0635 W/（m·K）。

同時，該體系的泡沫坯體可以用于3D 打印直寫技術，制備不同形狀的泡沫陶瓷材料。所制得的未經燒結的坯體可在水環境下維持10 天（或更長時間）氣孔結構不發生變化，亦可在乙醇環境下維持3 天（或更長時間）氣孔結構不發生變化。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為題發表在Advanced Functional Materials上。