科学家研究出能像棉花糖一样被压扁的新型耐热陶瓷

发布时间：2017/12/13 0:06:14

上周五，发表在《科学进展》上一项研究报道，清华大学和布朗大学的研究员制作了一种酷似海绵的陶瓷，既可以像海绵一样变形，也能像陶瓷一样隔热。这种材料有望用于消防服、水清洁领域。

当你把这种海绵陶瓷放在一片毛茸茸的树叶上时，它可以借由超轻的特性来保持平衡。不仅如此，它也能像一颗柔软的棉花糖一样被压扁，但很快又能恢复原状。同时，它也具有很好的隔热效果。

陶瓷作为一种高强度材料，广泛应用于制造业，用来生产各种各样的产品。但陶瓷有一个缺陷，就是太脆了。*近，研究人员发明出一种能弯曲的陶瓷，同时具有储热、放热、高韧性等特点，可以用来制造新型盔甲。

不同于坚硬的传统陶瓷，当你挤压这种柔软的新型材料时，它会被压扁，当外力移除后，又会反弹恢复原样，没有任何破坏。

另外，这种新材料本身就是聚集而成的——通过将轻型纳米纤维嵌入到海绵中混纺制成。不同于成本昂贵、费时的3D打印或静电纺丝，清华大学的研究人员们发明了一种新的生产方法：将陶瓷溶液从微小的喷丝孔喷射到一个旋转纺织箱中，溶液形成的细丝缠绕包裹在一起，就像在制作一个轻盈、蓬松的棉花糖一样。

这篇文章的通讯作者高华建博士表示，这项研究旨在研制出一种同时具备耐高温和可变形特性的新型材料。高解释说：“这种材料是通过将轻型纳米纤维嵌入到海绵中混纺制成的，成本低廉、生产规模可调整，工业化生产容易。”

耐热的棉花糖

工程师们用几种不同的陶瓷材料来制备这种特殊的海绵陶瓷，包括二氧化钛和二氧化锆。众所周知，这些陶瓷材料具有良好的绝热性。接下来，研究人员决定测试它们的耐热性。

在这项实验中，研究人员将花瓣放到铁、氧化铝泡沫、新型二氧化锆陶瓷海绵等不同的材料上面。经过底部的发热元件加热，实验温度达到400摄氏度。加热10分钟后，其他材料上面的花瓣都变得很脆，唯独陶瓷海绵上面的花瓣只是稍微枯萎，而且，在花瓣和热板之间的陶瓷海绵厚度仅为7毫米。

消防服和净水海绵

不仅如此，在经过1小时的加热后，陶瓷海绵顶部的温度仅上升到200华氏度。研究人员希望耐热性可以使这种材料成为良好的隔热体，甚至可以用于制作消防员的防护服。对于后者，重量、柔韧性和耐热性都至关重要。

之前已经有人研制出可弯曲的耐热陶瓷，然而，这种材料更多被制成薄片而不是棉花球的形状，而且往往只应用于电子设备。这是研究人员首次制作出能像海绵一样形变的隔热陶瓷材料。

这种陶瓷海绵材料还具有良好的通透性：二氧化钛陶瓷海绵在水中可以容纳自身50倍的重量，它可以通过与阳光反应去除水中的微粒，起到净水作用。在许多现代的水过滤技术中，二氧化钛以粉末的形式来去除水中的污染物，但难以重复利用。但现在，这种新型海绵在光照条件下仅需15分钟就能将人造染料分解完毕，挤出干净的水后，海绵可以再次利用。

这项研究证明，这种海绵陶瓷在制备工艺上是可行的，但在商业化和实际应用之前仍需要更多工作。也许要一段时间后，我们才能看到这种新型海绵和家用清洁海绵一同放在超市的货架上。

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