供稿人：陳衍龍、連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)精細(xì)微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-07-16
傳統(tǒng)的多孔陶瓷材料通常通過(guò)模板法或直接發(fā)泡法制備，但這些方法往往存在工藝復(fù)雜、孔結(jié)構(gòu)難以控制等問(wèn)題。近年來(lái)，Pickering乳液由于其在穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)控制方面的優(yōu)勢(shì)，成為制備多孔材料的研究熱點(diǎn)。然而，將Pickering乳液應(yīng)用于光聚合技術(shù)以制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷，仍然是一個(gè)未被充分探索的領(lǐng)域。
北京科技大學(xué)的Junjie Yang等[1]使用通過(guò)多相顆粒在油-水界面自組裝形成的光敏Pickering乳液。通過(guò)調(diào)節(jié)油水比例，制備了具有不同固含量的Pickering乳液，并研究了其穩(wěn)定性、紫外光固化性能和流變特性。利用這些乳液進(jìn)行光聚合打印，制備出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷前驅(qū)體，再經(jīng)過(guò)燒結(jié)得到最終的多孔莫來(lái)石陶瓷，流程如圖1所示。
圖1 Pickering乳液光聚合打印及后處理流程
所有不同油水比例的Pickering乳液都表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性、紫外光固化能力以及剪切變稀的流變特性。這些特性使其能夠在打印過(guò)程中平鋪在打印室內(nèi)，并通過(guò)光固化形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和均勻次級(jí)孔的組件。通過(guò)調(diào)節(jié)水的比例，前驅(qū)體的平均孔徑可以從0.59微米增加到2.61微米。研究者們成功制備出了具有分層多孔結(jié)構(gòu)的莫來(lái)石陶瓷，如圖2所示，這些陶瓷不僅具有微米級(jí)和毫米級(jí)的孔，還表現(xiàn)出較高的壓縮強(qiáng)度。特別是，當(dāng)油水比例為5:1時(shí)，所制備的多孔莫來(lái)石陶瓷具有較高的壓縮強(qiáng)度，為4.3 MPa，而孔隙率為74.08%。
圖2 油水比為2：1的Pickering乳液光聚合后素坯的宏觀與微觀形貌
該研究提出了一種創(chuàng)新的方法，通過(guò)光敏Pickering乳液和光聚合技術(shù)制備多孔莫來(lái)石陶瓷。這種方法不僅克服了傳統(tǒng)方法的缺陷，還能夠精確控制孔結(jié)構(gòu)和大小，提升了材料的力學(xué)性能和應(yīng)用潛力。未來(lái)，這種方法有望在催化、過(guò)濾以及其他需要高性能多孔材料的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。