陶瓷前驱体在组织工程和再生医学领域的应用将不断拓展。通过与生物活性因子、细胞等相结合,陶瓷前驱体可以构建出具有生物活性的组织工程支架,促进组织的再生和修复。例如,利用陶瓷前驱体制备的骨组织工程支架,可以引导骨细胞的生长和分化,加速骨缺损的愈合。陶瓷前驱体将与其他材料如金属、高分子材料等进行复合应用,以充分发挥各种材料的优势,弥补单一材料的不足。例如,将陶瓷前驱体与金属材料复合,可以提高植入物的强度和韧性;与高分子材料复合,可以改善材料的柔韧性和加工性能。随着陶瓷前驱体材料研究的不断深入和技术的不断成熟,其在临床应用中的范围将进一步扩大。除了现有的骨科、牙科等领域,还将在心血管、神经、眼科等其他医学领域得到更多的应用。生物陶瓷前驱体可以用于制备人工骨骼和牙齿等生物医学材料,具有良好的生物相容性。上海陶瓷涂料陶瓷前驱体粘接剂
陶瓷前驱体具有耐高温、抗氧化、耐烧蚀、低密度和高耐磨性等特点,可用于制备各种性能优良的陶瓷基耐高温复合材料,与增强纤维有良好的润湿性。其在高温下转化成的陶瓷基体,具有良好的结构稳定性。陶瓷前驱体的应用方向包括光学领域、能源领域、密封材料领域、生物医学领域等。例如,在光学领域,陶瓷前驱体可用于制备光学薄膜、透镜等;在能源领域,可用于制备太阳能电池、燃料电池等;在密封材料领域,可用于制备密封垫圈、密封环等;在生物医学领域,可用于制备人工关节、牙科种植体等。浙江陶瓷前驱体盐雾纳米级的陶瓷前驱体颗粒有助于提高陶瓷材料的致密性和强度。
陶瓷前驱体燃料电池领域的应用案例如下:①陶瓷质子膜燃料电池:清华大学助理教授董岩皓与合作者提出界面反应烧结概念,设计开发了可控表面酸处理和共烧技术,让氧气电极层和电解质层之间实现活性键合,改善了陶瓷质子膜燃料电池的电化学性能和稳定性。该器件在低至 350 摄氏度时仍具有鲜明的性能,在 600 摄氏度、450 摄氏度和 350 摄氏度的条件下,分别实现每平方厘米 1.6 瓦、每平方厘米 650 毫瓦和每平方厘米 300 毫瓦的峰值功率密度。②固体氧化物燃料电池:采用金属醇盐、金属酸盐或金属卤化物等作为陶瓷前驱体,通过溶胶 - 凝胶法、水热法等制备技术,可以合成具有特定微观结构和性能的陶瓷电解质和电极材料。例如,以钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷前驱体制备的电解质,具有良好的氧离子导电性,能够在高温下实现高效的氧离子传导,提高燃料电池的性能。③锂离子电池领域-正极材料:董岩皓与合作者提出渗镧均匀包覆和陶瓷粉体行星式离心解团等多项创新技术,阐述了应力腐蚀断裂主导的衰减机理,并修正传统理论框架下的脆性机械断裂认知。他们以锂离子电池中常用的正极材料氧化锂钴为例,展示了有效的表面钝化、抑制表面退化,以及改善的电化学性能,证明其高电压稳定循环较大可达到 4.8 伏
以下是一些可以辅助研究陶瓷前驱体热稳定性的分析技术:热机械分析(TMA)。①原理:在程序控温下,测量陶瓷前驱体在受热过程中尺寸或形变随温度的变化。通过记录样品的膨胀、收缩或其他尺寸变化,可以了解其在不同温度下的热膨胀行为和结构变化。②应用:确定陶瓷前驱体的热膨胀系数,判断其在加热过程中是否发生相变、烧结等引起尺寸突变的现象。例如,在陶瓷前驱体的烧结过程中,TMA 可以监测其收缩行为,确定较适合烧结温度范围。微波烧结技术能够快速加热陶瓷前驱体,缩短烧结时间,提高生产效率。
陶瓷前驱体的选择需要考虑化学组成与纯度:①目标陶瓷的化学组成:要确保前驱体的化学组成与目标陶瓷相匹配,以保证能得到期望的陶瓷材料。如制备氧化铝陶瓷,需选择含铝元素的合适前驱体。②纯度要求:前驱体的纯度对陶瓷性能影响明显,高纯度的前驱体可减少杂质对陶瓷性能的不良影响,如降低电导率、强度等,像电子陶瓷领域,通常要求前驱体纯度极高。同时也需考虑物理性质:①形态与粒度:前驱体的形态(如粉末、溶液、胶体等)和粒度分布会影响后续加工和陶瓷的微观结构。粉末状前驱体的粒度细且分布均匀,有利于提高陶瓷的致密度和性能。②溶解性与分散性:在制备过程中,若需要将前驱体溶解或分散在溶剂中,其溶解性和分散性就很重要。良好的溶解性和分散性可保证前驱体在体系中均匀分布,如溶胶 - 凝胶法中,金属醇盐需能在溶剂中充分溶解并均匀分散。③热稳定性:前驱体应具有一定的热稳定性,在后续热处理过程中不发生过早分解或其他副反应,否则会影响陶瓷的形成和性能。对陶瓷前驱体的元素组成进行分析,可以采用能量色散 X 射线光谱等技术。浙江陶瓷前驱体盐雾
采用 3D 打印技术与陶瓷前驱体相结合,可以制造出复杂形状的陶瓷构件。上海陶瓷涂料陶瓷前驱体粘接剂
陶瓷前驱体可用于制备软磁陶瓷材料,如铁氧体陶瓷前驱体。软磁陶瓷材料具有高磁导率、低矫顽力和低损耗等特点,常用于制作电感器、变压器、磁头等电子元件,在电力电子、通信等领域有重要应用。部分陶瓷前驱体可用于制备硬磁陶瓷材料,如钡铁氧体(BaFe??O??)、锶铁氧体(SrFe??O??)等。硬磁陶瓷材料具有较高的剩磁和矫顽力,能够长期保持磁性,常用于制造永磁电机、扬声器、磁传感器等器件。一些陶瓷前驱体材料具有温度敏感特性,可用于制备温度传感器。例如,热敏陶瓷前驱体可以通过测量其电阻随温度的变化来实现对温度的精确测量和控制,广泛应用于工业自动化、家电、汽车等领域。上海陶瓷涂料陶瓷前驱体粘接剂