早在新石器時代，中國人已經發明并使用了陶瓷。古人們更是用美妙的詩句對陶瓷進行了高度的贊美，“白玉金邊素瓷胎，雕龍描鳳巧安排；玲瓏剔透萬般好，靜中見動青山來”，可以說陶瓷是中國第五大發明，也是中國最具世界影響力的產業之一。近年來，一曲青花瓷更是紅遍大江南北。陶瓷除了廣泛應用于人類生活的各個領域，也在一些新興領域有著優異的應用前景。由于其脆性,陶瓷加工始終是一個技術難點。3D及4D打印提供了陶瓷加工的新思路,但同時制備具有宏觀及微觀復雜多級結構仍然是個未解決的難題.

最近，浙江大學化工學院謝濤與趙騫領導的研究小組開發了一類“機械塑化-熱裂解”的方法，成功制備了具有宏觀三維復雜結構和微納米結構的陶瓷材料。如圖1所示，和以往難于上青天般的制備方法不同，這是一種利用商品化的硅橡膠就能簡單制備的陶瓷材料，他們表面具有微納米結構，在自然光下擁有色彩斑斕的結構色；宏觀形狀為展翅的蝴蝶。

圖1 表面具有微米孔結構的三維蝴蝶狀硅橡膠和陶瓷。左邊為硅橡膠，孔徑2 μm；右邊為陶瓷，孔徑1 μm。

這種“機械-塑化-熱裂解”的方法是通過動態共價鍵實現的。其制備過程如圖2所示，通過在商品化的硅橡膠中加入特定的催化劑，可以促使硅橡膠中的硅氧鍵發生可逆交換。這種可逆交換可以實現材料的塑化，即材料在無需模具的情況下實現固態狀態下形狀的變化，從而制備復雜的三維結構。進一步通過高溫熱裂解，制備出具有復雜三維結構的陶瓷材料。

圖2 陶瓷制備方法的示意圖

通過上述方法，他們制備出了各式各樣形狀的陶瓷。其中，通過硅橡膠表面的自粘接，可以獲得具有復雜組裝結構的陶瓷（圖3d所示）。另外，利用一個初始模具通過重復的塑化、熱裂解、和重塑的方法可以獲得多種多樣的微納米結構（圖3e所示）。進一步，這類材料還能應用在陶瓷的功能器件上，如圖3f，g制備的三維微流道，可以用于散熱等。

圖3 具有復雜三維結構的硅橡膠和陶瓷

該項工作發表在《先進材料》雜志。

全文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201807326 

參考文獻：

Zheng N,# Hou JJ,# Zhao HB, Wu JJ, Luo YW, Bai H, Rogers JA, Zhao Q,* Xie T.* Mechano-plastic pyrolysis of dynamic covalent polymer network toward hierarchical 3D ceramics. Adv. Mater., 2019, 1807326.

來源：高分子科學前沿