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腦洞大開!將陶瓷做成“海綿”,既耐熱還可過濾污水

日期:2022/9/16 Click:643
陶瓷因其強度高的優(yōu)勢,被廣泛應用于多個制造業(yè)領域,但它跟海綿完全扯不上關系。直到近日,美國和中國科學家最近合作,利用納米纖維制造出一種陶瓷“海綿”,它可壓縮變形,并且能耐高溫、隔熱性好,有著廣泛的潛在用途。

    陶瓷因其強度高的優(yōu)勢,被廣泛應用于多個制造業(yè)領域,但它跟海綿完全扯不上關系。直到近日,美國和中國科學家最近合作,利用納米纖維制造出一種陶瓷“海綿”,它可壓縮變形,并且能耐高溫、隔熱性好,有著廣泛的潛在用途。

      美國布朗大學日前發(fā)布的新聞公報說,這一成果是由布朗大學與中國清華大學合作取得的,可以低成本、大規(guī)模生產(chǎn)納米陶瓷“海綿”,用于制造新型隔熱材料、凈水材料等。相關論文發(fā)表在美國《科學》雜志的子刊《科學進展》上。

      普通陶瓷上的裂紋會迅速擴大,輕微變形就可能使整塊陶瓷破碎。但在納米尺度上,材料特性會發(fā)生巨大變化,以陶瓷納米纖維制成的物品可以很柔韌。不過,目前制造納米纖維的主要方法要么不適用于陶瓷,要么成本高昂而且費時間。 

  因此,研究小組采用了一種被稱為“溶液噴射紡絲”的技術,利用氣體壓力使包含陶瓷材料的溶液從極細的針孔中噴出,凝固成納米尺度的絲線,把這些絲線收集起來加熱,去除溶劑材料,剩下的就是繞成一團的陶瓷纖維,外觀看上去像棉球。 

      研究人員用多種不同類型的陶瓷材料成功制成“海綿”,包括二氧化鈦和氧化鋯等。這些材料本身是非常好的隔熱材料。試驗發(fā)現(xiàn)它們的可壓縮性很好,能耐800攝氏度高溫,而且高度隔熱。把花瓣放在7毫米厚的氧化鋯陶瓷海綿上,下面以400攝氏度加熱10分鐘,花瓣仍完好無損,而用普通陶瓷材料隔熱,花瓣早就燒焦了。 

      除了耐熱性,海綿陶瓷還具有良好的通透性,因此可以用于過濾污水,在光照下除去污染顆粒。當代的水過濾技術中,所用的過濾材料大多是粉末狀,并且難以重復利用。而這種新型的陶瓷材料光照下僅用15分鐘就可以把人工染料分解掉,將清潔后的水擠出陶瓷后,又可以重復利用。該研究成果證明了這種海綿陶瓷是可制備的,只不過商業(yè)化應用仍需要時間。

  

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