【材料科普】千变万化——有意思的陶瓷前驱体
【材料科普】千变万化——有意思的陶瓷前驱体
陶瓷前驱体是陶瓷材料制备过程中的重要中间体，通过光、热、辐照等手段可以转化为相应的陶瓷。本文将为您介绍陶瓷前驱体的概念、制备方法、应用以及发展前景。
什么是陶瓷前驱体？
前驱体即转化为最终产物状态之前存在的一个状态，陶瓷前驱体可以看做是陶瓷的前体，通过光、热、辐照等手段可以转化为相应的陶瓷。前驱体可以在合成阶段通过分子设计添加不同元素，形成多种类型的分子结构，赋予了前驱体存在形式的多样性，可以是小分子，也可以是高分子；可以是固体，也可以是液体。通过前驱体合成结合陶瓷化过程的调控，我们便可以设计目标陶瓷产物。
常见陶瓷前驱体的制备方法
以SiC陶瓷前驱体为例，其合成过程如图所示，以二甲基二氯硅烷为原料通过钠缩法制备聚二甲基硅烷，在高温下经过Kumada重排获得主链为Si-C结构的聚合物，为SiC的前驱体。这项技术由Yajima教授开创，并借此奠定了前驱体法制备SiC陶瓷纤维的研究基础。时至今日，前驱体法仍然是SiC陶瓷的重要制备方法。
对于复相陶瓷而言，如何获得两相陶瓷的连续均匀分散是保证陶瓷性能的一项重要指标。赵彤研究员等以二氯二茂锆、甲基苯基二氯硅烷为锆源和硅源，与炔锂盐缩合制备了ZrC/SiC聚合物前驱体ZS，在前驱体阶段通过合成设计将Zr、Si元素分子级别分布，所制备的陶瓷可以实现百纳米级别的均匀分散。
陶瓷前驱体的应用
正是由于前驱体合成的多样性，赋予了其陶瓷产物性能、结构以及光、电、热性能的可调性，千变万化。我们可以获得陶瓷纤维、陶瓷基复材、3D打印陶瓷、陶瓷粉体块体等等。
为了帮助大家更好地理解这个过程，让我们用烘焙来类比。做烘焙的小伙伴们会比较熟悉这个过程，端进烤箱的那一盆混合的面糊糊，就可以称之为面包这一类的前驱体。通过调整原料配方，你可以做出提子、红豆“改性”的吐司面包，加入打发的蛋白调节孔隙率可以做出戚风蛋糕，大量的奶油奶酪控制烤制温度可以获得黑黑又美味的巴斯克蛋糕，调节“固化程序”，低温烘干面糊的小圆饼可以烤出来外脆内软的马卡龙。
各式各样的甜点
陶瓷前驱体的展望
作为多种陶瓷基新兴材料的关键原材料，在新材料行业快速发展壮大、陶瓷基材料需求不断增长的情况下，陶瓷前驱体的市场空间不断扩大。目前，国内技术较日本、德国等国家仍处于追赶阶段，在陶瓷前驱体的开发技术与应用领域的研究也在持续深入，还存在着研究能力较弱，研究成果产业化转化实力不足等诸多问题。我们坚信，通过践踏实地的不懈奋斗，未来将收获属于我们的一片天空。