由3D打印的水凝胶预陶瓷骨架成型的复杂结构陶瓷

3D打印的水凝胶预陶瓷骨架成型的复杂结构陶瓷

         将陶瓷材料塑造成具有三维 (3D) 分层结构的复杂架构在多种应用中是理想的，但由于其脆性和刚性的性质仍然是挑战。中科院兰州化物所王晓龙研究员团队提出了一种新方法，通过塑造具有独特柔性和可变形特性的光聚合3D打印水凝胶陶瓷前体骨架来实现无支撑和大跨度结构的陶瓷结构。具体而言，本发明的光聚合水凝胶陶瓷预制体实现了一石二鸟：光敏聚合物基体与陶瓷纳米颗粒偶联，通过光聚合3D打印进行首次成型，并通过水凝胶网络的灵活形状变形实现3D打印陶瓷体的二次可塑性。无机粘结剂磷酸二氢铝作为水凝胶分散介质实现超低收缩光聚合陶瓷。与传统聚合物光固化陶瓷相比，层状结构的线性收缩率仅为2%，立方陶瓷结构的线性收缩率仅为13.3%。更重要的是，通过一张3D打印陶瓷先驱体可以反复重塑无数结构，实现了本征脆性陶瓷的可重复使用，提高了制造容错率。最后，针对立体电路、生物医学和催化应用提出了多种陶瓷结构应用范式，突破了陶瓷固有脆性在复杂陶瓷器件高精度制造中的限制。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202404469