中國粉體網(wǎng)訊 堅硬耐造一直是陶瓷的明信片，那么陶瓷可以變?nèi)彳泦幔看鸢甘强隙ǖ�！科學(xué)家運用納米化技術(shù)創(chuàng)新的一種新型復(fù)合材料——柔性陶瓷，它具有形狀記憶的功能且彎曲后不易碎的特點，受到多個領(lǐng)域的追捧。
柔軟不柔弱
形狀記憶是柔性陶瓷的特性，這種特性說明柔性陶瓷這種新材料在加熱、彎曲后還會恢復(fù)到原來的樣子。美國康奈爾大學(xué)的研究人員對微型陶瓷的分子結(jié)構(gòu)進行分析，在透射式電子顯微鏡下，它的分子結(jié)構(gòu)是“雙層連續(xù)立方體結(jié)構(gòu)”，這個結(jié)構(gòu)與100年來的數(shù)學(xué)假設(shè)相吻合。該柔性陶瓷材料的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，研究人員因自然界存在的完美對稱形狀而受到啟發(fā)，一種海藻——硅藻的結(jié)構(gòu)十分精美，這種具有硅化的細胞壁的單細胞海藻的花紋完美對稱。后來，他們進一步把微型陶瓷材料的研發(fā)與納米化學(xué)有機結(jié)合起來，研制出一種新型復(fù)合材料即柔性陶瓷。
讓陶瓷彎曲并具有形狀記憶的關(guān)鍵就在于讓其變小。陶瓷如何變成細小微粒？應(yīng)遵循以下原則：先造出肉眼看不見的極小顆粒，微粒陶瓷的直徑比頭發(fā)絲還要小，然后讓單個晶粒彌漫填充到整個結(jié)構(gòu)，因為破碎和裂縫現(xiàn)象容易在邊界出現(xiàn)，所以就將晶粒之間的邊界剔除抹平。微小的陶瓷樣本中有7%的微粒具有形象記憶功能，也就是說即使彎曲也不會破碎。研究發(fā)現(xiàn)，將柔性陶瓷微粒制成直徑為1μm的長纖維，7%～8%的材料在彎曲過程中不易碎。
柔性陶瓷既有陶瓷的“天性”又有金屬的特點，集高延展性金屬和高強度陶瓷的特性于一身，可謂是“剛?cè)嵯酀�。這種性能優(yōu)良的新材料在納米材料和納米設(shè)備制造上大顯身手。
性能優(yōu)良，炙手可熱
1、燃料電池
制備柔性陶瓷用二氧化鋯（ZrO2），這種物質(zhì)是目前研究的最多的陶瓷材料，在工程上有大量運用。此外，氧化鋯也被用于燃料電池領(lǐng)域，盡管燃料電池并不需要柔韌性，但擁有柔性會大大增強燃料電池抗破壞能力。這也讓ZrO2和燃料電池成為難舍難分的“好兄弟”。另外，柔性陶瓷還被應(yīng)用到高能量蓄電池、高溫燃料電池做隔膜材料等。
2、發(fā)電設(shè)備
英國、德國等國家投入大量資金和人力來研發(fā)柔性陶瓷材料，柔性陶瓷材料在發(fā)電設(shè)備中應(yīng)用技術(shù)成為研究的重點，如排氣管里襯、陶瓷活塞蓋、渦輪增壓轉(zhuǎn)及燃氣輪轉(zhuǎn)等部分都要用到柔性陶瓷。機器設(shè)備的冷卻部分使用柔性陶瓷材料可有效降低熱損；柔性陶瓷熱交換器不僅可回收余熱還耐腐蝕以及增加熱交換率，這樣可以應(yīng)用到各個行業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能減排。
3、口腔修復(fù)
柔性陶瓷材料是一種無皮膚刺激、無致敏性、無黏膜刺激、在短期內(nèi)無急性全身毒性、對所分析的器官無毒性損害的材料，滿足用于制作口腔修復(fù)材料的生物安全性要求，有望成為一種新型材料用于預(yù)防和治療牙磨損。
4、涂料領(lǐng)域
以微納米陶瓷粉為無機填料，通過加入成膜劑，稀釋劑，固化劑等，可在金屬表面形成柔性陶瓷復(fù)合涂層。該復(fù)合涂層表面能夠形成類似于類荷葉的仿生微結(jié)構(gòu)，能夠增大鋼體表面水滴角，降小表面能，降低潤濕性，有效減少油水介質(zhì)在涂層表面的接觸面積，降低成垢離子在管道內(nèi)的沉積幾率。石油管道的現(xiàn)場掛片表明，柔性陶瓷納米復(fù)合涂層能夠有效防止石油管道垢的形成，具有良好的防垢效果。
（c）柔性納米陶瓷復(fù)合涂層；（d）放大的柔性納米陶瓷復(fù)合涂層
在國內(nèi)，多家新材料公司也開始涉足柔性陶瓷，比如河南焦作安泰新型耐磨材料有限公司用柔性陶瓷材料生產(chǎn)出“以柔克剛，彈性防磨”的柔性防磨密封材料，已在金庫防御系統(tǒng)、軍事防御、風力發(fā)電、海上采油平臺等得到成功運用 ；中國建筑材料科學(xué)研究總院研制生產(chǎn)的導(dǎo)彈用泡末氧化鋁陶瓷隔熱材料、定向直孔道多孔陶瓷材料、發(fā)汗陶瓷材料等熱防護陶瓷材料用于航天技術(shù)領(lǐng)域。
柔性陶瓷的研究發(fā)展
柔性陶瓷材料以其優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、耐磨等性能及功能復(fù)合效應(yīng)在新能源、國防軍工、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。因此，作為新型材料的柔性陶瓷，具有傳統(tǒng)材料沒有的特性，在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣、市場大、前景好。
可以肯定的是，陶瓷材料尤其是柔性化的陶瓷材料，其本身具有的優(yōu)勢是其他材料都不具備的，不管是金屬材料、高分子塑料橡膠、還是銅、鉛、鋅、鐵，都望塵莫及。值得注意的是，陶瓷材料也分三六九等，有的陶瓷可以耐1000℃高溫，有的耐溫則可以達到2000℃。針對不同情況選用適當?shù)奶沾刹拍芮〉胶锰幍匕l(fā)揮陶瓷的作用。
我國柔性陶瓷的技術(shù)儲備不足應(yīng)引起重視�？梢哉f，在相當一段時期內(nèi)，柔性陶瓷的應(yīng)用范圍不會太廣，只能緩慢擴展。相信在不久的將來，柔性陶瓷將進入我們的日常社會生活中并且發(fā)揮應(yīng)有的作用。
參考來源：
孫倩等：柔性陶瓷材料的體內(nèi)安全性評價
韓永奇：柔性陶瓷——新材料中的寵兒
中國經(jīng)濟和信息化：柔性陶瓷
彭沖等：柔性陶瓷復(fù)合涂層在油田集輸管線防垢中的應(yīng)用研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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