<p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">多孔陶瓷是一種應(yīng)用廣泛的陶瓷材料，性能穩(wěn)定、具耐沖蝕性、使用壽命長(zhǎng)。為研究有效制造這種物料的方法，港科大機(jī)械及航空航天工程學(xué)系副教授楊征保帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采用「表面張力輔助兩步法」（STATS）設(shè)計(jì)了一種加工策略，僅需兩個(gè)步驟，包括利用積層制造技術(shù)制備有機(jī)骨架，以建立基本構(gòu)型，然后再把所需成分的前驅(qū)體溶液注入該骨架中，便可制造出多孔陶瓷。</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1727582743325/1727582743325.jpg" width="668" height="446" /></p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box; text-align: center;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box; text-align: center;"><span style="color: #666666;"><em>（左起）港科大機(jī)械及航空航天工程學(xué)系副教授楊征保，及其研究團(tuán)隊(duì)成員洪穎博士、劉世源博士和楊曉丹。</em></span></p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box; text-align: left;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box; text-align: left;"><span style="color: #041c33;">這種方法最大的挑戰(zhàn)在于如何有效控制液體的幾何形狀。</span><span style="color: #041c33;">為了達(dá)致預(yù)期效果，團(tuán)隊(duì)借助了一種在大自然四處可找到的現(xiàn)象&mdash;&mdash;表面張力。由于表面張力可將流體聚集并固定在骨架中，研究人員遂利用這一特性，把前驅(qū)體溶液收集于多孔骨架內(nèi)，最終成功控制液體的幾何形狀，并制造出高精度的多孔陶瓷。</span></p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box; text-align: left;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box; text-align: left;"><span style="color: #041c33;"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1727582830337/1727582830337.jpg" width="717" height="478" /></span></p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">針對(duì)由單元格和單元列構(gòu)成的骨架，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面探討了它們的幾何參數(shù)，以指導(dǎo)不同排列組合的三維流體界面創(chuàng)建。經(jīng)過(guò)烘干處理和高溫?zé)Y(jié)后，團(tuán)隊(duì)制備出各種復(fù)雜構(gòu)型的多孔陶瓷。這種工藝將成分匹配從結(jié)構(gòu)成型分離出來(lái)，通過(guò)可編程制造，能夠生成不同單元尺寸、幾何形狀、相對(duì)密度、三維結(jié)構(gòu)和組成成分的多孔陶瓷。該STATS方法不僅能夠制備剛玉（Al2O3）等結(jié)構(gòu)陶瓷，還可用于制備二氧化鈦（TiO2）、鐵酸鉍（BiFeO3）、鈦酸鋇（BaTiO3）等各種功能陶瓷產(chǎn)品。</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">為了驗(yàn)證新工藝的優(yōu)越性，團(tuán)隊(duì)選擇了多孔壓電陶瓷作為研究對(duì)象，測(cè)試它的壓電性能。結(jié)果顯示，由于原始漿料中的有機(jī)成分顯著減少，這種STATS制造工藝能有效減少陶瓷中的微孔，同時(shí)提高局部致密性。對(duì)于整體呈多孔而局部致密的壓電陶瓷，其優(yōu)勢(shì)尤為顯著，即使在整體孔隙率非常高（&gt; 90%）的情況下，仍能達(dá)到相對(duì)較高的壓電常數(shù)d33（~ 200 pC N-1）。</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">楊教授透露，這項(xiàng)研究的靈感來(lái)自硅藻，即一種常見(jiàn)于沉積物或附著在水中固體物質(zhì)上的藻類，亦是許多動(dòng)物的直接或間接食物。單細(xì)胞硅藻擁有獨(dú)特的硅酸鹽外殼。它們的外殼以高度精確的構(gòu)造見(jiàn)稱，在基因編程所驅(qū)動(dòng)的生物礦化作用下，它們具有各式各樣的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、幾何構(gòu)造、孔隙分布和組裝方式。</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">楊教授表示：「這種新工藝克服了傳統(tǒng)制造方法的局限，促進(jìn)了可編程且在幾何學(xué)上構(gòu)型復(fù)雜的陶瓷制作，能制備各類復(fù)雜構(gòu)型的結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷，具有廣泛的應(yīng)用潛力，例如適用于過(guò)濾器、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械人、電池電極、太陽(yáng)能電池和殺菌設(shè)備等。此外，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地利用流體界面工程來(lái)進(jìn)行固體材料加工，為界面工程與智能制造的結(jié)合開(kāi)拓了嶄新的研究方向，有望促進(jìn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能材料的協(xié)同發(fā)展。」</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">&nbsp;</p> <p style="white-space: normal; margin: 0px; padding: 0px; box-sizing: border-box;">這項(xiàng)研究最近在全球頂尖的綜合學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》發(fā)表，題為「A Bioinspired Surface Tension-Driven Route Toward Programmed Cellular Ceramics」。論文的共同第一作者包括洪穎博士、劉世源博士及楊曉丹。洪博士與劉博士曾擔(dān)任港科大的博士后研究員，而楊曉丹則是楊征保教授指導(dǎo)的博士生。</p>