納米陶瓷的案例
納米材料三氧化二鋁在氧化鋁陶瓷中的應用
【什么是納米材料？】
納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(0.1-100 nm)或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。
納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nano particle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。
納米技術的廣義范圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。晶瑞新材料在納米材料領域有這豐富的經驗，其中納米材料技術著重于納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。
【納米材料三氧化二鋁在陶瓷中的應用】
傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學穩(wěn)定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。
展開 納米陶瓷粉體的分散研究
納米陶瓷具有優(yōu)良性能的前提是納米顆粒堆積均勻，燒結收縮一致，晶粒均勻長大，但是由于納米粉體顆粒細小、顆粒間存在著較強的結合力，如靜電力、范德華力、毛細管力、機械咬合力等，使納米粉體存在團聚度高、流動性差等特點，嚴重影響了粉體的成型性能，進而導致陶瓷材料的性能下降。因此，納米陶瓷粉體的分散研究就變得尤為重要。
物理分散法
01
機械分散法
機械分散屬于物理分散方法，是借助外界剪切力或撞擊力等機械能使納米粒子在介質中充分分散的一種方法。機械分散法一般采用普通球磨、攪拌磨、行星磨和 剪切式高速攪拌器等方式進行。
其中，普通球磨、研磨效率較低，常用于已分散的料漿經擱置后的二次分散。攪拌磨、行星磨研磨效率高，簡單易行，是最常用的一種分散超細粉體的方法。但球磨最大的缺點是在研磨過程中，由于球與球、球與筒、球與料以及料與筒之間的撞擊、研磨，使球磨筒和球本身被磨損，磨損的物質進人料漿中成為雜質，這些雜質會對漿料的純度及其后成品的性能產生影響。另外，球磨可能會改變粉體的物理化學性質。因此，球磨分散方法會給料漿帶來一定的影響，分散時要控制好分散的時間。
展開 強度大大提高，MIT用納米陶瓷纖維強化3D打印高溫合金
該團隊寫道，他們用少量陶瓷納米纖維研磨商用 Inconel 718 粉末，導致納米陶瓷在 Inconel 顆粒表面均勻包覆。
然后將所得粉末用于通過激光粉末床熔合制造零件。研究人員發(fā)現，與僅使用 Inconel718 制成的零件相比，使用這種新粉末制成的零件的孔隙率和裂紋明顯減少。而這反過來又會導致零件的強度大大提高，這些零件還具有許多其他優(yōu)勢。例如，它們更具延展性，或可拉伸性，并且具有更好的抗輻射和高溫載荷能力。
Li說：“此外，這一強化過程本身的成本并不高，并且適用于現有的 3D 打印機。只需使用我們的粉末，您就會獲得更好的性能。”
未參與這項工作的香港中文大學助理教授徐松評論道：“在這篇論文中，作者提出了一種打印由陶瓷納米纖維增強的鎳基合金 718 金屬基復合材料的新方法。激光熔化過程引起的陶瓷原位溶解增強了 Inconel718 的耐熱性和強度。此外，原位強化減小了晶粒尺寸并消除了缺陷。未來金屬合金的 3D 打印，包括高反射率銅的改性和高溫合金的斷裂抑制，都可以從這項技術中明顯受益。”
△麻省理工學院的研究團隊報告了一種簡單、廉價的方法來制備航空航天和核能發(fā)電應用的關鍵強化材料。這張照片中打印基板上的“海貍“造型和其他形狀是使用新技術創(chuàng)建的。照片來源：亞歷山大·奧布萊恩
巨大的新空間
Li教授說：“這項工作可以為合金設計開辟一個巨大的新空間，因為超薄 3D 打印金屬合金層的冷卻速度比使用傳統熔體凝固工藝制造的散裝部件的冷卻速度快得多。因此，許多適用于鑄造的化學成分規(guī)則似乎不適用于這種 3D 打印。因此，我們有更大的成分空間來探索添加陶瓷的基本金屬。”
研究論文的主要作者之一 Emre Teko?lu 補充說：“這種成分是我們設計的首批成分之一，因此在現實生活中獲得這些結果非常令人興奮。還有廣闊的探索空間。
展開 一文了解納米氧化鋯復合陶瓷粉體
氧化鋯是20世紀70年代發(fā)展起來的新型結構陶瓷材料，由于具有耐磨損、耐腐蝕、強度大、熔點高等特性，在冶金、電子、化工、機械等領域有著廣泛的應用。在不同條件下，氧化鋯有三種不同的晶型存在：立方相(c-ZrO2))、四方相(t-ZrO2)和單斜相(m-ZrO2)以上3種晶型存在于不同的溫度范圍，并可以相互轉化。
圖1 氧化鋯晶體結構
(左：立方相;中：四方相;右：單斜相)
氧化鋯陶瓷材料作為先進陶瓷中最重要的一類材料，是現代高新技術產業(yè)發(fā)展重要基礎材料。尤其是納米氧化陶瓷以其特殊的結構和性能，已成為產業(yè)關注的熱點。下面小編簡要就制備納米氧化鋯陶瓷所需的粉體材料進行介紹。
1、Ni-P包覆納米氧化鋯復合粉體
Ni-P包覆納米氧化鋯復合粉體制備工藝過程是首先利用化學沉淀法制備了納米ZrO2粉體，然后采用化學鍍方法制備了Ni-P包覆納米ZrO2粉體。由于ZrO2在化學鍍鎳溶液中不具備自催化活性，必須對ZrO2納米粒子進行前處理，一般采用一步鈀催化法，Pd2+直接吸附在ZrO2粉體表面上，然后在還原性溶液中將Pd2+還原成金屬鈀，這樣的納米粉體表面就具有了化學鍍鎳所具有的催化活性。一般對于非導電性能的粉體預處理過程采用敏化-活化兩步法。但是兩步法處理后，殘留在粉體中的亞鎳離子很難除去，常常給粉體的活性帶來不利影響，目前用一步鈀催化法和原位鈀等預處理。
目前，Ni-P包覆納米氧化鋯復合粉體制備的陶瓷材料在半導體納米材料中得到越來越廣泛的應用和研究。
圖2 Ni-P包覆納米氧化鋯復合粉體SEM圖
2、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷復合粉體
氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷是目前人們研究最廣泛的結構陶瓷材料之一。
展開 
納米氧化鋯相變增韌結構陶瓷和功能陶瓷
納米氧化鋯有三種晶體形態(tài)：單斜、四方、立方晶相。
常溫下氧化鋯只以單斜相出現，1170℃以下穩(wěn)定的結晶形態(tài)為單斜氧化，1170-2300℃為四方晶相，2300℃至熔融狀態(tài)前為立方晶相。
由于在單斜相向四方相轉變的時候會產生較大的體積變化，冷卻的時候又會向相反的方向發(fā)生較大的體積變化，容易造成產品的開裂，限制了純氧化鋯在高溫領域的應用。但是添加穩(wěn)定劑以后，四方相可以在常溫下穩(wěn)定。
納米氧化鋯的化學穩(wěn)定是通過添加合適的穩(wěn)定劑實現的，就是在氧化鋯中添加一定量的其他氧化物，它們能與氧化鋯高溫下生成固溶體，從而使氧化鋯的高溫相能在低溫下穩(wěn)定存在。 常用的穩(wěn)定劑有CaO,MgO,Y2O3和CeO2等。Y2O3全穩(wěn)定ZRO2的加入量為11-14wt%，大大拓展了氧化鋯的應用范圍。
宣城晶瑞用來做穩(wěn)定劑的原料主要是氧化釔。使用溫度范圍大，電性能穩(wěn)定。
一般工業(yè)上用的氧化鋯陶瓷結構件、含氧化鋯的結構陶瓷都是用的部分穩(wěn)定氧化鋯，主要利用其相變特性，相變增韌。全穩(wěn)定的一般用作熱電偶套管，固體電解質，燃料電池等。相變增韌納米氧化鋯陶瓷是一種極有發(fā)展前途的新型結構陶瓷,其主要是利用氧化鋯相變特性來提高陶瓷材料的斷裂韌性和抗彎強度,使其具有優(yōu)良的力學性能,低的導熱系數和良好的抗熱震性。它還可以用來顯著提高脆性材料的韌性和強度,是復合材料和復合陶瓷中重要的增韌劑。近十年來,具有各種性能的氧化鋯陶瓷和以氧化鋯為相變增韌物質的復合陶瓷迅速發(fā)展,在工業(yè)和科學技術的許多領域獲得了日益廣泛的應用。與此同時,有關氧化鋯相變的研究也受到了學術界的普遍重視,在固態(tài)相變研究領域中占據了僅次于金屬的重要地位。
展開 航天特種材料及工藝技術研究所《ACS AMI》：結構穩(wěn)健的耐1400℃ 陶瓷納米棒氣凝膠隔熱材料
本文亮點：
該團隊改進傳統溶膠-凝膠法，通過Al2O3納米棒和SiO2納米顆粒的可控組裝來制備具有分等級大孔和介孔結構的陶瓷納米棒氣凝膠，通過熱處理過程，制備出陶瓷納米棒氣凝膠（CNRAs）。在該研究中，作者根據三個標準制備耐高溫、高效隔熱及高強度CNRAs:(1)作為基本結構單元的Al2O3納米棒須具有可控的尺寸；(2)Al2O3納米棒必須組裝成具有三維連通多孔結構的宏觀體氣凝膠；(3)Al2O3納米棒之間須具有很強的連接，整體形成機械堅固和熱穩(wěn)定性好的骨架網絡。CNRAs的制備過程主要包括納米棒的合成、溶膠凝膠、超臨界干燥和高溫退火過程。
圖1 陶瓷納米棒氣凝膠制備流程圖
在制備CNRA之前，他們通過組裝過程制備了氧化鋁納米棒和二氧化硅納米顆粒組成的三維網絡結構，此時的氣凝膠為pre-CNRA。pre-CNRA的SEM和TEM圖像顯示，它是由納米棒和納米顆粒組成的隨機搭接的網絡結構。作者認為，納米棒相互搭接的自支撐力和納米顆粒互相堆積的粘接力是三維網絡結構的主要支撐力，這種結構和自然界用樹枝做的鳥巢非常相似。
圖2 pre-CNRAs的微觀結構圖：(A)pre-CNRAs掃描電鏡圖像, (B) (A)中標記區(qū)域的放大圖像;(C) pre-CNRAs的TEM圖像和(D) (C)中標記區(qū)域的放大圖像;(E) pre-CNRAs的HRTEM圖像和(F) (E)中標記區(qū)域的放大圖像。
展開 納米二氧化鈦在陶瓷中的應用前景
納米二氧化鈦在陶瓷中的應用前景
在眾多光催化劑中，TiO2半導體催化劑由于具有良好的化學穩(wěn)定性、光催化活性高和制備成本低等特性而被廣泛應用，是一種理想的光催化自清潔陶瓷制備原料。
TiO2主要有三種晶型轉變形式，分別為銳鈦礦相、金紅石相和板鈦礦相，銳鈦礦相二氧化鈦和板鈦礦相TiO2均屬于亞穩(wěn)定相，相對來說金紅石相TiO2是比較穩(wěn)定的存在狀態(tài)，在實際應用中銳鈦礦相和金紅石相TiO2應用比較廣泛，而銳鈦礦相TiO2通常在610~915°C會轉變?yōu)榻鸺t石相，金紅石相TiO2（VK-T25）的綜合性能優(yōu)于銳鈦礦相。
TiO2的化學性質也很穩(wěn)定，TiO2是一種兩性氧化物，它在一定的環(huán)境條件下既可以發(fā)生氧化反應也可以發(fā)生還原反應，這點對于光催化反應來說具有很大的潛在研究優(yōu)勢，作為光催化劑（J25）它既可以氧化環(huán)境中的有機污染物，也可以還原重金屬，所以在光催化領域得到了廣泛的關注。
抗菌陶瓷近些年來迅速的占領市場并得到了人們的廣泛關注，一方面是由于社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，對生活環(huán)境的要求隨之提高，另一方面更是由于材料科學技術方法的進步，很多學者投入到此項研究中，為抗菌陶瓷領域的發(fā)展作出了很大的貢獻。
通過這些研究，TiO2以其獨特的優(yōu)勢脫穎而出，對TiO2進行大量改性研究發(fā)現納米級鈦系材料具有良好的抗菌特性，也因此代表了未來抗菌陶瓷的發(fā)展方向。不過雖然納米鈦系材料在抗菌應用方面表現突出，但是它也具有耐高溫性能差、光催化方面對光的要求高等缺點，因此還需要進一步的研究和強化性能，才能解決納米鈦系材料在抗菌陶瓷應用方面的不足，從而推動抗菌陶瓷領域的發(fā)展。
展開 一種玻璃陶瓷納米級3D打印技術
3D科學谷曾多次為谷友們介紹到國內外雙光子光刻納米級3D打印技術的研究進展。本期，借立陶宛維爾紐斯大學所進行的玻璃陶瓷材料納米級3D打印研究，讓我們再次踏入這個精美的微縮世界。
打印后再燒結，形成玻璃 - 陶瓷晶體結構
立陶宛維爾紐斯大學發(fā)表了題為 Additive-Manufacturing of 3D Glass-Ceramicsdown to Nanoscale Resolution 的論文。研究團隊表示，這些非晶材料及其增材制造的產品，具有強大的潛在熒光或超導性，有助于產生恰當的量子點，并釋放納米生產的新潛力。
納米3D打印的Vytis微縮版雕塑，左邊是打印后的雕像，右邊是在1200℃下燒結1小時后的雕像。圖片來源：維爾紐斯大學。
研究人員采用的3D打印技術為雙光子光刻技術，采用超快脈沖飛秒激光來精確固化光反應材料。根據3D科學谷的市場觀察，德國Nanoscribe已經商業(yè)化的納米級3D打印設備也是采用雙光子光刻技術。在維爾紐斯大學的研究中，這種技術被稱為“超快激光3D光刻”或“3DLL”。
在研究過程中使用的打印材料是玻璃陶瓷，或稱為“溶膠 -凝膠” SZ2080，這是一種改良的硅膠和光聚合物，經常應用在醫(yī)學研究中，用于制造UV保護涂層或量子點。
在研究中，科研人員通過超快激光3D光刻技術打印了Vytis微型雕塑、立陶宛徽章、立方體、光子晶體結構和六角形支架等樣件。
打印后的微結構（左）與燒結后的微結構（右）。 圖片來源：維爾紐斯大學。
3D科學谷了解到，研究團隊采用的是多步驟工藝，首先SZ2080材料被3D打印成所需形狀，有幾百納米大小。隨后，3D打印樣件在高達1500℃的溫度下進行燒結。
展開 五金模具加工納米陶瓷涂層好用嗎
沖壓模具在生產過程中由于承受很大的沖擊力，從而使模具很容易產生崩角、拉傷，模具壽命短，造成產品出現毛刺、拉傷、起皺、開裂。XR-S涂層具有的高硬度及自潤滑性是五金沖壓模具最理想的防護涂層，它適用于所有的五金沖裁、拉伸及折彎行業(yè)。
XR-S涂層的優(yōu)勢：
.延長模具使用壽命
.減少產品報廢率，降低生產成本。
.減少修模與停機時間。
.減少產品后加工工序，節(jié)省人力物力。
XR-S涂層實用于：
.高強度材料成型，如：先進高強度鋼（AHSS）;高強度低合金鋼(ASLA);不銹鋼；鈦合金和鎳合金。
.有色金屬材料成型，如：鋁合金；銅合金；已涂層材料（渡鋅板等）。
.冷鍛成型，如:汽車制造行業(yè)中冷墩、擠鍛、沖擊擠壓等。
.金屬粉末壓實，如粉末冶金行業(yè)。
使用效果：舉例說明：（汽車高強度支架部件）無涂層前生產不到100模次就需要修模，經過XR-S涂層處理后生產8000模次涂層才被磨損，經拋光后再涂層，像新模具一樣使用。
XR-D涂層具有的高硬度、抗高溫、高耐磨、耐腐蝕及極好的化學惰性、紅硬性使它在壓鑄成型行業(yè)有著無與倫比的效果，幫助模具解決粘膜與沖蝕，延緩龜裂的發(fā)生，從而提高模具的使用壽命，減少修模，提高生產效率及降低產品不良率，降低后續(xù)加工工序，節(jié)省生產成本，縮短交期，提升企業(yè)的綜合競爭力。
XR-D涂層的優(yōu)勢：
.提高模具使用壽命
.減少修模次數
.解決粘膜與沖蝕
.延緩模具龜裂發(fā)生的時間
.降低生產成本
.提升生產效率
.提升產品表明質量，減少產品后加工工序
.節(jié)能環(huán)保
展開 新納米涂層可使工業(yè)陶瓷免受熱沖擊
由于能承受極端環(huán)境，陶瓷材料被用于核、化學和發(fā)電行業(yè)。不過，在高溫下，陶瓷容易因快速溫度改變事件（比如冷水滴同熱表面接觸）引發(fā)的熱沖擊而斷裂。在一種新穎的跨學科方法中，美國新墨西哥大學的工程師在美國物理聯合會（AIP）出版集團下屬《美國物理聯合會進展》雜志上報告了一種預防陶瓷熱沖擊的廉價、簡單疏水涂料。
“我們利用了完全相同的材料，但控制了熱傳遞，使陶瓷經歷更加溫和的溫度梯度、減輕拉伸應力，由此極大改善熱沖擊行為。”論文作者之一Youho Lee介紹說。
熱沖擊是未意識到玻璃對急劇溫度變化非常敏感的新手廚師在廚房中通常經歷的一種現象。如果剛從烤箱熱度中恢復的玻璃沙鍋受到冷水沖擊，表面溫度的突然降低會在材料內部產生不均衡的溫度梯度，引發(fā)拉伸應力以及最終的破裂。相同的熱沖擊敏感性也會影響工業(yè)陶瓷的壽命。
從跨學科的學術背景出發(fā)，Lee決定探尋熱傳遞對陶瓷熱沖擊的影響。他通過拍攝水滴對加熱陶瓷表面影響的高速視頻分析了熱傳遞。“當熱傳遞快速進行時，碰撞瞬間會產生猛烈的氣泡和表面上的噴射流。”
研究發(fā)現，這些更加快速的熱傳遞模式同材料強度的減少相對應。當陶瓷被加熱至325℃時，出現了更加劇烈的液滴動力學過程（表明更加快速的熱傳遞），材料強度也相應地大幅下降。不過，在高于325℃時，材料強度似乎較少受到熱沖擊影響，同時液滴動力學發(fā)生改變，形成更加明顯的蒸汽膜。
為減少熱傳遞以及陶瓷在高達325℃時經歷的熱沖擊，Lee利用了一些核工程學的基本知識，也就是說，二相熱傳遞速率可通過將水從表面驅趕走以形成絕緣蒸汽膜而被降低。為此，他在陶瓷表面涂上納米粒子，產生納米結構的疏水面。當試驗在擁有新涂層的陶瓷材料上重復時，水滴動力學得到極大改變，也沒有猛烈的泡沫噴出。而蒸汽膜的形成被觀察到。關鍵在于擁有新涂層的陶瓷在水滴撞擊后并未出現強度上的改變。
展開 淺談納米氮化硅在陶瓷中的應用
一代陶瓷刀具為氧化鋁陶瓷刀具，于1950年開始在生產上進行應用，1968年二代的復合氧化鋁陶瓷刀具在強度和韌性上較第一代性能更加優(yōu)異；20世紀70年代末80年代初國際上第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具才出現。這類刀具又比第二代復合氧化鋁刀具更高的韌性、抗沖擊性、高溫強度和抗熱震性。氮化硅刀具主要適用于鑄鐵、高溫合金的粗加工、高速切削和重切削，其優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和耐磨性可在高速條件下長時間進行切削加工運作，比普通硬質合金刀具運行效率平均提高三倍以上。
4.鋁冶金氮化硅（VK-SiN01）陶瓷部件
氮化硅陶瓷具有的抗鋁液腐蝕的特性讓其在鑄鋁連軋生產線和煉鋁、熔鋁作業(yè)中，可用來制作測溫熱電偶管套、煉鋁爐爐襯、鋁液包子內襯、坩堝、鑄鋁模具、鋁電解槽等用具。例如氮化硅陶瓷制成的熱電偶管套用于鋁液測溫這一技術已經開始在我國普及，這種管套相較于常用的不銹鋼、剛玉陶瓷管套在使用性能上更加優(yōu)異，畢竟不銹鋼容易被鋁液腐蝕，連續(xù)使用20h后就會被損壞，剛玉更是經不起熱沖擊。而在鋁液中性能長期穩(wěn)定、間歇測溫1200次以上都不開裂的氮化硅陶瓷管套在加工過程中可謂是一大利器。
總而言之，氮化硅陶瓷是工業(yè)技術特別是尖端技術中不可缺少的關鍵材料。目前國內加工水平總體水平不高，因此氮化硅陶瓷有很大的發(fā)展空間。
展開 
哈工大：填補3D打印陶瓷材料國際空白
“納米結構陶瓷粉體技術由哈工大科研團隊研發(fā)，屬于世界首創(chuàng)，這項技術可使3D打印機打印出任何一種陶瓷產品，甚至已經消失毀損的珍貴陶瓷藝術品。”省新材料專家委員會委員、哈爾濱工業(yè)大學材料學院王鈾教授在第五屆中國國際新材料產業(yè)博覽會B館哈爾濱新材料成果展區(qū)，向記者展示他所研究的最新材料成果。
過去，在陶瓷涂層領域，美國美科公司（Metco）處于領先水平。王鈾團隊研發(fā)的納米陶瓷涂層材料比Metco常規(guī)結構的陶瓷涂層有著高出1倍的韌性、4-8倍的耐磨性、1-2倍的結合強度和抗熱震性能、10倍的疲勞性能、較高的抗腐蝕能力和優(yōu)異的可加工性能，且具有生產時間短、成本低、環(huán)境友好，可在許多應用領域替代對環(huán)境有害的電鍍硬鉻層等優(yōu)點。該材料適用于航空航天、軍艦船舶、汽車火車、冶金、電力、石油、工程機械等領域，對提升我國高端裝備水平意義重大。
王鈾團隊的另一項研究成果——納米結構和納米改性球形粉體材料是3D打印陶瓷材料的主要原料，該研發(fā)填補了3D打印陶瓷材料的國際空白。王鈾說，大家都知道3D打印技術，認為什么東西都能打印出來；可實際上目前大部分3D打印的原材料是塑料，金屬3D打印和合金3D打印方面目前技術還不成熟，打印的品種有限。陶瓷3D打印在國際市場上則是空白，因為陶瓷打印原料關遲遲沒有攻克。如今，哈工大在這項技術上領先世界，標志著陶瓷3D打印不再是夢想。
（來源：哈爾濱新聞網）
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展開 ：穩(wěn)定的超疏水陶瓷基碳納米管復合脫鹽膜
碳納米管(CNTs)具有優(yōu)異的物理化學性能，如高疏水性、大比表面積、良好的熱穩(wěn)定性、機械化學穩(wěn)定性和良好的導電性等。因此，CNT可用作改性劑以改善包括MD在內的分離應用，但主要用于聚合物膜。國際上，如何開發(fā)新型膜材料，同時提高操作穩(wěn)定性和膜性能，是科學家們重點研究的挑戰(zhàn)性工程科學問題之一。
【成果簡介】
近日，在大連理工大學環(huán)境學院環(huán)境污染控制工程研究室董應超教授（通訊作者）和合作者Michael D. Guiver教授（共同通訊作者）等團隊帶領下，與香港大學（湯初陽教授，大連理工大學海天學者）、美國和愛爾蘭的研究單位合作，針對難點問題，創(chuàng)新地提出了一種超疏水陶瓷基碳納米管(CNT)脫鹽膜的總體概念設計和應用策略，該膜具有特殊設計的膜結構，充分利用碳納米管的疏水性、耐熱穩(wěn)定性和導電性，具有前所未有的運行穩(wěn)定性和超疏水性能，其中互連的CNT網絡是通過化學氣相淀積（CVD）直接在陶瓷載體的表面和長通道指狀大孔內原位形成。通過對原位生長的CNT進行定量調控，構筑了具有CNT網絡的超多孔超疏水表面結構。在加速穩(wěn)定性試驗下，完全覆蓋的CNT層(FC-CNT膜)在熱穩(wěn)定性和超疏水穩(wěn)定性方面表現出顯著的改善。由于超多孔表面網絡的獨特結構，提供大的液-氣超疏水界面和內部指狀大孔，FC-CNT膜表現出穩(wěn)定的高通量，Na+的去除率為99.9％，優(yōu)于現有的無機膜體系。在簡單、無損電化學輔助直接接觸膜蒸餾(e-DCMD)下，可以觀察到提高的抗膜污染性能。
展開 ：在陶瓷納米纖維增強離子導電水凝膠方面取得新進展
受生物纖維組織結構的啟發(fā)，東華大學紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊以柔韌二氧化硅納米纖維作為離子導電水凝膠的增強組分，同時引入乙烯基硅烷，通過水解縮合-自由基聚合方法在納米纖維與水凝膠網絡間原位化學交聯，獲得了兼具高拉伸模量與高離子電導率的水凝膠材料。該透明納米纖維增強水凝膠的拉伸強度為0.3MPa（斷裂應變?yōu)?400%），拉伸彈性模量為0.11MPa（與人類皮膚模量相當），1000次拉伸（100%應變）循環(huán)無塑性變形。
圖1. a）納米纖維增強水凝膠的制備示意圖，b）納米纖維增強水凝膠的光學圖像，c）二氧化硅納米纖維和PAM鏈之間的物理/化學作用示意圖，d）水凝膠的XPS光譜，e）Si元素的高分辨XPS光譜，f、g）不同放大倍數下水凝膠的SEM圖，h）EDS圖譜。
所制備的納米纖維增強水凝膠材料具有高離子電導率（3.93 S m-1），可檢測寬范圍拉伸應變（0.5-1100%）和壓縮應力（1-28kPa），同時具有較高靈敏度（GF=2.67）和循環(huán)穩(wěn)定性（10000次壓縮傳感信號強度幾乎不變），可高靈敏度檢測人體運動及脈搏跳動。此外，納米纖維增強水凝膠傳感器可有效檢測復雜且微小的外界刺激，如書寫字跡，在字跡防偽領域具有潛在應用價值。該復合水凝膠的設計思路和簡易的制備過程為開發(fā)新一代可拉伸的強韌離子導電水凝膠材料提供了新思路。
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