新型陶瓷纳米纤维“海绵”可用于柔性绝缘和水净化

发布时间：2017/6/7 0:04:28

众所周知，传统的陶瓷是脆性材料，其中的裂纹倾向于快速传播，甚至有轻微的变形导致灾难性的破坏。但在纳米尺度上的陶瓷是不同的。布朗大学高的分子实验室与中国清华大学Hui Wu和Xiaoyan Li实验室的研究人员合作使用廉价和可扩展的方法将陶瓷纳米纤维缠结成海绵以实现其大量使用。这项工作是的合作发表在科学进步杂志上。

在纳米尺度的材料，裂缝和缺陷变得如此之小，以致激活它们需要更多能量并使其传播。纳米尺度纤维还促进变形机制，像蠕变其中原子可以沿着晶界扩散，使材料变形而不破裂。陶瓷纳米纤维制成的材料具有潜在的可变形和柔韧性，同时保持陶瓷在高温应用中的耐热性，但这种材料不容易制造。

研究人员使用了一种由清华实验室吴先生开发的叫做溶液吹纺的方法。该过程使用空气压力通过微小的注射器孔驱动含有陶瓷材料的液体溶液。当液体喷出时，它迅速凝固成纳米级的纤维，这些纤维被收集在纺丝笼中。然后将所收集的材料加热消除溶剂材料，留下大量的看起来像棉球的缠结的陶瓷纳米纤维。研究人员使用这种方法来制造由各种不同类型的陶瓷制成的海绵，并表明材料具有一些显著的性能。该方法在制造纳米纤维比静电纺丝的效果好，比3D激光打印要便宜快捷。

研究还表明，海绵的耐热性及其变形性使得它们作为柔性的绝缘材料具有潜在的重要用途。实验中，研究人员将花瓣放在由二氧化钛（普通陶瓷材料）纳米纤维制成的7mm厚的海绵上，将其底部加热至400℃，10min后上部的花朵几乎没有枯萎。而在相同条件下放置在其它类型的多孔陶瓷材料上面的花瓣被烧成脆。另一个潜在的用途可能在净化水且可以重复使用。除此之外，研究人员还在考虑到陶瓷海绵的其它应用。

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