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清华大学研发出耐热“海绵陶瓷” 可过滤水污染颗粒  

2017-06-12 08:30:44|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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来源:DeepTech深科技

众所周知,陶瓷因其强度高的优势,被广泛应用于多个制造业领域。然而,这种材料最大的缺点就是脆性。近日,清华大学的研究团队研发出一种“海绵陶瓷”,可以克服这一缺点。

这种新型陶瓷材料超轻、耐热,完全不存在传统消费陶瓷的脆性问题,而且其制备过程快速经济,未来有望应用在隔热、消防人员防护服、水过滤等领域。研究成果发表在近期的《科学进展》上。

该材料通过将陶瓷纳米纤维嵌入到海绵中纺织在一起制成,因此非常轻。具体工作原理是,陶瓷溶液从微小的喷丝孔喷射到纺丝箱中,然后喷射出来的丝就会缠绕到一起,就像用糖丝制作棉花糖一样。

所以,最终制备得到的材料可以像棉花糖一样又轻又软。当人们挤压该陶瓷材料时,它可以被压扁然后反弹回近似原始形态,而且不会被损坏。

这种制备方法比3D打印或者静电纺丝更加省时,成本也更低,可以实现大规模生产。据文章的通讯作者Huajian Gao介绍,这项研究旨在制备一种既能高度变形又可以承受高温的材料。

在实际研究过程中,研究人员尝试了几种不同的陶瓷材料来制备其中的海绵,包括二氧化钛和氧化锆等。这些材料本身是非常好的隔热材料。

为了测试它们的耐热性,研究人员将花瓣放置到不同的材料上,比如铁、氧化铝泡沫以及新型氧化锆陶瓷海绵等。顶部的发热体将其加热至752度,10分钟后,铁、氧化铝泡沫等材料上的花瓣都变得松脆。而氧化锆陶瓷海绵上的花瓣只是变得有点枯萎,并且一小时之后,海绵顶部的温度仅有200度,展现了很好的耐热性能。

研究人员希望利用这一优势,将其利用在隔热材料,甚至是对重量、灵活性以及隔热性都有要求的消防服上。此前有人开发了可弯曲的耐热陶瓷,但是它们多类似于薄纸状而不是棉花球状,而且应用范围往往限于电子工业。

除了耐热性,海绵陶瓷还具有良好的通透性,因此可以用于过滤污水,在光照下除去污染颗粒。当代的水过滤技术中,所用的过滤材料大多是粉末状,并且难以重复利用。而这种新型的陶瓷材料光照下仅用15分钟就可以把人工染料分解掉,将清洁后的水挤出陶瓷后,又可以重复利用。

该研究成果证明了这种海绵陶瓷是可制备的,只不过商业化应用仍需要时间。

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