中國粉體網(wǎng)訊 日前，發(fā)表在《科學進展》上一項研究報道，清華大學和布朗大學的研究員制作了一種酷似海綿的陶瓷，既可以像海綿一樣變形，也能像陶瓷一樣隔熱。這種材料有望用于消防服、水清潔領域。
你大概不能把這個放進熱可可飲料里。
供圖：Gao/Li/Wu/布朗大學/清華大學
當你把這種海綿陶瓷放在一片毛茸茸的樹葉上時，它可以借由超輕的特性來保持平衡。不僅如此，它也能像一顆柔軟的棉花糖一樣被壓扁，但很快又能恢復原狀。同時，它也具有很好的隔熱效果。
像生產(chǎn)棉花糖一樣生產(chǎn)陶瓷
陶瓷作為一種高強度材料，廣泛應用于制造業(yè)，用來生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品。但陶瓷有一個缺陷，就是太脆了。最近，研究人員發(fā)明出一種能彎曲的陶瓷，同時具有儲熱、放熱、高韌性等特點，可以用來制造新型盔甲。
不同于堅硬的傳統(tǒng)陶瓷，當你擠壓這種柔軟的新型材料時，它會被壓扁，當外力移除后，又會反彈恢復原樣，沒有任何破壞。
另外，這種新材料本身就是聚集而成的——通過將輕型納米纖維嵌入到海綿中混紡制成。不同于成本昂貴、費時的3D打印或靜電紡絲，清華大學的研究人員們發(fā)明了一種新的生產(chǎn)方法：將陶瓷溶液從微小的噴絲孔噴射到一個旋轉紡織箱中，溶液形成的細絲纏繞包裹在一起，就像在制作一個輕盈、蓬松的棉花糖一樣。
這篇文章的通訊作者高華建博士表示，這項研究旨在研制出一種同時具備耐高溫和可變形特性的新型材料。高解釋說：“這種材料是通過將輕型納米纖維嵌入到海綿中混紡制成的，成本低廉、生產(chǎn)規(guī)模可調整，工業(yè)化生產(chǎn)容易。”
耐熱的棉花糖
工程師們用幾種不同的陶瓷材料來制備這種特殊的海綿陶瓷，包括二氧化鈦和二氧化鋯。眾所周知，這些陶瓷材料具有良好的絕熱性。接下來，研究人員決定測試它們的耐熱性。
在這項實驗中，研究人員將花瓣放到鐵、氧化鋁泡沫、新型二氧化鋯陶瓷海綿等不同的材料上面。經(jīng)過底部的發(fā)熱元件加熱，實驗溫度達到400攝氏度。加熱10分鐘后，其他材料上面的花瓣都變得很脆，唯獨陶瓷海綿上面的花瓣只是稍微枯萎，而且，在花瓣和熱板之間的陶瓷海綿厚度僅為7毫米。
（研究人員將花瓣放在不同的材料上，并將其暴露于752華氏度。陶瓷上的花瓣（最右）受到保護）
供圖：Gao/Li/Wu/布朗大學/清華大學
消防服和凈水海綿
不僅如此，在經(jīng)過1小時的加熱后，陶瓷海綿頂部的溫度僅上升到200華氏度。研究人員希望耐熱性可以使這種材料成為良好的隔熱體，甚至可以用于制作消防員的防護服。對于后者，重量、柔韌性和耐熱性都至關重要。
之前已經(jīng)有人研制出可彎曲的耐熱陶瓷，然而，這種材料更多被制成薄片而不是棉花球的形狀，而且往往只應用于電子設備。這是研究人員首次制作出能像海綿一樣形變的隔熱陶瓷材料。
這種陶瓷海綿材料還具有良好的通透性：二氧化鈦陶瓷海綿在水中可以容納自身50倍的重量，它可以通過與陽光反應去除水中的微粒，起到凈水作用。在許多現(xiàn)代的水過濾技術中，二氧化鈦以粉末的形式來去除水中的污染物，但難以重復利用。但現(xiàn)在，這種新型海綿在光照條件下僅需15分鐘就能將人造染料分解完畢，擠出干凈的水后，海綿可以再次利用。
這項研究證明，這種海綿陶瓷在制備工藝上是可行的，但在商業(yè)化和實際應用之前仍需要更多工作。也許要一段時間后，我們才能看到這種新型海綿和家用清潔海綿一同放在超市的貨架上。
