中國粉體網訊 堅硬耐造一直是陶瓷的明信片，那么陶瓷可以變柔軟嗎？答案是肯定的！科學家運用納米化技術創新的一種新型復合材料——柔性陶瓷，它具有形狀記憶的功能且彎曲后不易碎的特點，受到多個領域的追捧。
柔軟不柔弱
形狀記憶是柔性陶瓷的特性，這種特性說明柔性陶瓷這種新材料在加熱、彎曲后還會恢復到原來的樣子。美國康奈爾大學的研究人員對微型陶瓷的分子結構進行分析，在透射式電子顯微鏡下，它的分子結構是“雙層連續立方體結構”，這個結構與100年來的數學假設相吻合。該柔性陶瓷材料的結構較為復雜，研究人員因自然界存在的完美對稱形狀而受到啟發，一種海藻——硅藻的結構十分精美，這種具有硅化的細胞壁的單細胞海藻的花紋完美對稱。后來，他們進一步把微型陶瓷材料的研發與納米化學有機結合起來，研制出一種新型復合材料即柔性陶瓷。
讓陶瓷彎曲并具有形狀記憶的關鍵就在于讓其變小。陶瓷如何變成細小微粒？應遵循以下原則：先造出肉眼看不見的極小顆粒，微粒陶瓷的直徑比頭發絲還要小，然后讓單個晶粒彌漫填充到整個結構，因為破碎和裂縫現象容易在邊界出現，所以就將晶粒之間的邊界剔除抹平。微小的陶瓷樣本中有7%的微粒具有形象記憶功能，也就是說即使彎曲也不會破碎。研究發現，將柔性陶瓷微粒制成直徑為1μm的長纖維，7%～8%的材料在彎曲過程中不易碎。
柔性陶瓷既有陶瓷的“天性”又有金屬的特點，集高延展性金屬和高強度陶瓷的特性于一身，可謂是“剛柔相濟”。這種性能優良的新材料在納米材料和納米設備制造上大顯身手。
性能優良，炙手可熱
1、燃料電池
制備柔性陶瓷用二氧化鋯（ZrO2），這種物質是目前研究的最多的陶瓷材料，在工程上有大量運用。此外，氧化鋯也被用于燃料電池領域，盡管燃料電池并不需要柔韌性，但擁有柔性會大大增強燃料電池抗破壞能力。這也讓ZrO2和燃料電池成為難舍難分的“好兄弟”。另外，柔性陶瓷還被應用到高能量蓄電池、高溫燃料電池做隔膜材料等。
2、發電設備
英國、德國等國家投入大量資金和人力來研發柔性陶瓷材料，柔性陶瓷材料在發電設備中應用技術成為研究的重點，如排氣管里襯、陶瓷活塞蓋、渦輪增壓轉及燃氣輪轉等部分都要用到柔性陶瓷。機器設備的冷卻部分使用柔性陶瓷材料可有效降低熱損；柔性陶瓷熱交換器不僅可回收余熱還耐腐蝕以及增加熱交換率，這樣可以應用到各個行業領域的節能減排。
3、口腔修復
柔性陶瓷材料是一種無皮膚刺激、無致敏性、無黏膜刺激、在短期內無急性全身毒性、對所分析的器官無毒性損害的材料，滿足用于制作口腔修復材料的生物安全性要求，有望成為一種新型材料用于預防和治療牙磨損。
4、涂料領域
以微納米陶瓷粉為無機填料，通過加入成膜劑，稀釋劑，固化劑等，可在金屬表面形成柔性陶瓷復合涂層。該復合涂層表面能夠形成類似于類荷葉的仿生微結構，能夠增大鋼體表面水滴角，降小表面能，降低潤濕性，有效減少油水介質在涂層表面的接觸面積，降低成垢離子在管道內的沉積幾率。石油管道的現場掛片表明，柔性陶瓷納米復合涂層能夠有效防止石油管道垢的形成，具有良好的防垢效果。
（c）柔性納米陶瓷復合涂層；（d）放大的柔性納米陶瓷復合涂層
在國內，多家新材料公司也開始涉足柔性陶瓷，比如河南焦作安泰新型耐磨材料有限公司用柔性陶瓷材料生產出“以柔克剛，彈性防磨”的柔性防磨密封材料，已在金庫防御系統、軍事防御、風力發電、海上采油平臺等得到成功運用 ；中國建筑材料科學研究總院研制生產的導彈用泡末氧化鋁陶瓷隔熱材料、定向直孔道多孔陶瓷材料、發汗陶瓷材料等熱防護陶瓷材料用于航天技術領域。
柔性陶瓷的研究發展
柔性陶瓷材料以其優異的耐高溫、耐腐蝕、耐磨等性能及功能復合效應在新能源、國防軍工、高新技術產業、生物醫學等領域發揮著巨大的作用。因此，作為新型材料的柔性陶瓷，具有傳統材料沒有的特性，在工業生產中用途廣、市場大、前景好。
可以肯定的是，陶瓷材料尤其是柔性化的陶瓷材料，其本身具有的優勢是其他材料都不具備的，不管是金屬材料、高分子塑料橡膠、還是銅、鉛、鋅、鐵，都望塵莫及。值得注意的是，陶瓷材料也分三六九等，有的陶瓷可以耐1000℃高溫，有的耐溫則可以達到2000℃。針對不同情況選用適當的陶瓷才能恰到好處地發揮陶瓷的作用。
我國柔性陶瓷的技術儲備不足應引起重視。可以說，在相當一段時期內，柔性陶瓷的應用范圍不會太廣，只能緩慢擴展。相信在不久的將來，柔性陶瓷將進入我們的日常社會生活中并且發揮應有的作用。
參考來源：
孫倩等：柔性陶瓷材料的體內安全性評價
韓永奇：柔性陶瓷——新材料中的寵兒
中國經濟和信息化：柔性陶瓷
彭沖等：柔性陶瓷復合涂層在油田集輸管線防垢中的應用研究
（中國粉體網編輯整理/空青）
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