它足够轻,可以平衡在 一根细小的草叶上,具有极高的耐热性,并且可以像棉花糖一样被挤压。它也是一种陶瓷。
在周五发表于《科学进展》杂志的 一项研究中,研究人员描述了一种新型陶瓷海绵,它能够快速且经济地制造,并且没有普通消费类陶瓷(如瓷砖或陶瓷独角兽)易碎的缺点。
陶瓷之所以成为许多制造领域有吸引力的材料,是因为它们通常 坚固(尽管有点脆),并且适用于多种产品。最近,研究人员发明了可以 储存和释放 热量的陶瓷,透明、坚固的陶瓷,可用于装甲,甚至 可弯曲的陶瓷。
然而,这种新材料却与众不同。它非常轻便,这要归功于纳米纤维陶瓷像海绵一样缠绕在一起。与 3D 打印或 静电纺丝等成本更高、耗时更长的方法不同,中国清华大学的研究人员开发了一种称为溶液吹纺的生产方法。其原理是:陶瓷溶液从微小的喷嘴喷射到一个旋转的笼子中,在那里它像棉花糖的细丝一样积聚。resulting product is light and fluffy, and looks like a cotton ball. Or a marshmallow.
当你挤压陶瓷时,它不会保持僵硬或破裂,而是会向下压缩,然后回弹回原来的形状。
“我们试图回答的基本科学问题是如何制造一种既高度可变形又耐高温的材料,”该论文的通讯作者 Huajian Gao 在一份声明中 表示。“本文表明,我们可以通过将陶瓷纳米纤维缠结成海绵来做到这一点,而且我们使用的方法成本低廉,并且可以大规模生产。”
工程师们用几种不同的陶瓷制造了这种海绵,包括二氧化钛和氧化锆。像这样的陶瓷以良好的绝缘性而闻名,因此研究人员决定测试其耐热性。
他们将花瓣放在各种材料上,包括铁、氧化铝泡沫和新型氧化锆陶瓷海绵。在加热到 752 华氏度(约 400 摄氏度)的加热元件上放置 10 分钟后,其他材料上的花瓣都烧成了焦炭。但在只有约 7 毫米厚的材料和热盘之间,在海绵上放置 10 分钟后,花瓣只略微卷曲。
不仅如此,在热盘上放置一小时后,海绵顶部的温度仅达到 200 华氏度(约 93 摄氏度)。研究人员希望其耐热性能可以使这种材料成为极佳的绝缘体,甚至可能被用于消防员的服装,因为重量、柔韧性和耐热性至关重要。
其他 可弯曲、防火的陶瓷之前也有制造过,但那些更像纸巾而不是棉花球,并且更侧重于电子产品而非其他应用。
海绵的轻盈还有其他好处:二氧化钛陶瓷海绵可以吸收自身重量 50 倍的水。它实际上还可以净化水,通过与阳光反应去除颗粒。在一些现代水过滤技术中,二氧化钛以粉末形式去除水中的污染物,但难以重复使用。但在新的海绵形式下,该化合物在光照下仅 15 分钟后仍能分解水中的人造染料。处理后,可以挤出干净的水,然后重复使用海绵。
你不会很快在货架上看到陶瓷海绵和你的普通洗碗海绵放在一起——这项研究证明了这些材料可以被制造出来,但在它们能够商业化并得到应用之前,还需要进一步的努力。