清华大学研发出耐热“海绵陶瓷” 可过滤水污染颗粒

众所周知，陶瓷因其强度高的优势，被广泛应用于多个制造业领域。然而，这种材料最大的缺点就是脆性。近日，清华大学的研究团队研发出一种“海绵陶瓷”，可以克服这一缺点。

这种新型陶瓷材料超轻、耐热，完全不存在传统消费陶瓷的脆性问题，而且其制备过程快速经济，未来有望应用在隔热、消防人员防护服、水过滤等领域。研究成果发表在近期的《科学进展》上。

该材料通过将陶瓷纳米纤维嵌入到海绵中纺织在一起制成，因此非常轻。具体工作原理是，陶瓷溶液从微小的喷丝孔喷射到纺丝箱中，然后喷射出来的丝就会缠绕到一起，就像用糖丝制作棉花糖一样。

所以，最终制备得到的材料可以像棉花糖一样又轻又软。当人们挤压该陶瓷材料时，它可以被压扁然后反弹回近似原始形态，而且不会被损坏。

这种制备方法比3D打印或者静电纺丝更加省时，成本也更低，可以实现大规模生产。据文章的通讯作者Huajian Gao介绍，这项研究旨在制备一种既能高度变形又可以承受高温的材料。

在实际研究过程中，研究人员尝试了几种不同的陶瓷材料来制备其中的海绵，包括二氧化钛和氧化锆等。这些材料本身是非常好的隔热材料。

为了测试它们的耐热性，研究人员将花瓣放置到不同的材料上，比如铁、氧化铝泡沫以及新型氧化锆陶瓷海绵等。顶部的发热体将其加热至752度，10分钟后，铁、氧化铝泡沫等材料上的花瓣都变得松脆。而氧化锆陶瓷海绵上的花瓣只是变得有点枯萎，并且一小时之后，海绵顶部的温度仅有200度，展现了很好的耐热性能。

研究人员希望利用这一优势，将其利用在隔热材料，甚至是对重量、灵活性以及隔热性都有要求的消防服上。此前有人开发了可弯曲的耐热陶瓷，但是它们多类似于薄纸状而不是棉花球状，而且应用范围往往限于电子工业。

除了耐热性，海绵陶瓷还具有良好的通透性，因此可以用于过滤污水，在光照下除去污染颗粒。当代的水过滤技术中，所用的过滤材料大多是粉末状，并且难以重复利用。而这种新型的陶瓷材料光照下仅用15分钟就可以把人工染料分解掉，将清洁后的水挤出陶瓷后，又可以重复利用。

该研究成果证明了这种海绵陶瓷是可制备的，只不过商业化应用仍需要时间。