某些陶瓷前驅(qū)體可以作為藥物載體,實現(xiàn)藥物的可控釋放。例如,磷酸二氫鋁陶瓷前驅(qū)體具有良好的生物相容性和一定的孔隙結(jié)構(gòu),能夠負載藥物并在體內(nèi)緩慢釋放,提高藥物的療效和靶向性。將陶瓷前驅(qū)體與藥物結(jié)合制備成緩釋微球,可以延長藥物的作用時間,減少藥物的給藥頻率和副作用。例如,利用生物可降解的陶瓷前驅(qū)體制備的緩釋微球,能夠在體內(nèi)逐漸降解并釋放藥物,實現(xiàn)藥物的長期緩釋。陶瓷前驅(qū)體可以與生物活性分子結(jié)合,促進神經(jīng)細胞的生長和分化,用于神經(jīng)組織的修復(fù)和再生。例如,通過在陶瓷前驅(qū)體表面修飾神經(jīng)生長因子等生物活性物質(zhì),可以制備出具有神經(jīng)誘導(dǎo)活性的支架材料,促進神經(jīng)組織的修復(fù)。一些陶瓷前驅(qū)體可以與生物材料復(fù)合,制備出具有良好生物相容性和透氣性的皮膚組織工程支架,用于皮膚缺損的修復(fù)。例如,將陶瓷前驅(qū)體與膠原蛋白等生物材料結(jié)合,可以制備出能夠促進皮膚細胞生長和愈合的支架材料。隨著科技的不斷進步,陶瓷前驅(qū)體的制備技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。上海陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體粘接劑
通過選擇和設(shè)計合適的前驅(qū)體,可以精確控制陶瓷材料的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)。例如,在制備碳化硅(SiC)陶瓷時,聚碳硅烷(PCS)是一種常用的陶瓷前驅(qū)體。通過調(diào)整 PCS 的分子結(jié)構(gòu)和組成,可以實現(xiàn)對 SiC 陶瓷中硅碳比的精確控制,從而獲得具有特定性能的 SiC 陶瓷。陶瓷前驅(qū)體可以制備出高硬度、高溫穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、耐磨性等優(yōu)異性能的先進陶瓷材料。如利用陶瓷前驅(qū)體制備的氮化硼陶瓷,具有密度小、熔點高、高溫力學(xué)性能好、介電性能優(yōu)良等特點。陶瓷前驅(qū)體在高溫裂解過程中,能夠形成均勻的陶瓷相,減少陶瓷中的缺陷和雜質(zhì),提高陶瓷的致密度和均勻性。例如,在溶膠 - 凝膠法制備陶瓷中,金屬醇鹽等前驅(qū)體通過水解和縮聚反應(yīng),形成均勻的溶膠或凝膠,再經(jīng)過高溫燒結(jié),可得到微觀結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷材料。浙江特種材料陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域阻抗譜分析可以研究陶瓷前驅(qū)體的電學(xué)性能和導(dǎo)電機制。
陶瓷前驅(qū)體在航天領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,從熱防護系統(tǒng)角度來講:①陶瓷基復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)部件:如 C/SiC 復(fù)合材料,可用于飛行器的熱防護系統(tǒng)頭錐、迎風面大面積部位、翼前緣和體襟翼等。通過前驅(qū)體浸漬裂解工藝制備的 C/SiBCN 材料,比 C/SiC 具有更優(yōu)異的高溫抗氧化性能。在 1400℃下空氣中的氧化動力學(xué)常數(shù) kp 明顯低于 SiC 陶瓷,且 C/SiBCN 復(fù)合材料室溫下彎曲強度 489MPa,在 1600℃彎曲強度仍達到 450MPa 以上。②超高溫陶瓷防熱材料:利用陶瓷前驅(qū)體可制備超高溫納米復(fù)相陶瓷,如 (Ti,Zr,Hf) C/SiC 陶瓷。采用乙烯基聚碳硅烷與含鈦、鋯、鉿的無氧金屬配合物反應(yīng)合成的單源先驅(qū)體,經(jīng)放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備出的此類陶瓷,在 2200℃的燒蝕實驗中表現(xiàn)出極低的線燒蝕率,為 - 0.58μm/s。
后處理過程中,為了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下3種方法:①熱處理:燒結(jié)后的陶瓷材料內(nèi)部可能存在內(nèi)應(yīng)力,通過適當?shù)臒崽幚砜梢韵@些內(nèi)應(yīng)力,提高材料的韌性和抗疲勞性能。通過控制熱處理的溫度和時間,可以改變陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu),如晶粒尺寸、相組成等,從而優(yōu)化材料的性能。②:增韌處理:利用某些陶瓷材料在特定條件下發(fā)生相變時產(chǎn)生的體積變化和應(yīng)力,來阻礙裂紋的擴展,從而提高陶瓷的韌性,如氧化鋯陶瓷的相變增韌。在陶瓷基體中添加纖維或顆粒狀的增強相,如碳纖維、碳化硅顆粒等,通過纖維或顆粒與基體之間的界面結(jié)合和相互作用,提高陶瓷材料的強度和韌性。③化學(xué)處理:通過化學(xué)溶液處理、氣相沉積等方法,在陶瓷表面引入特定的化學(xué)基團或涂層,改變陶瓷表面的化學(xué)性質(zhì),提高其耐腐蝕性、生物相容性等性能。將陶瓷材料浸泡在含有特定離子的溶液中,使陶瓷表面的離子與溶液中的離子發(fā)生交換,從而改變陶瓷表面的成分和性能。高校和科研機構(gòu)在陶瓷前驅(qū)體的研究方面取得了許多重要成果。
陶瓷前驅(qū)體在能源領(lǐng)域的具體應(yīng)用案例:一、太陽能電池領(lǐng)域:在鈣鈦礦太陽能電池中,陶瓷前驅(qū)體可以用于制備鈣鈦礦材料。通過溶液法或氣相沉積法,將含有鉛、碘、甲胺等元素的陶瓷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)異光電性能的鈣鈦礦薄膜。這種鈣鈦礦薄膜具有高吸收系數(shù)、長載流子擴散長度和合適的禁帶寬度,能夠有效提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。二、催化領(lǐng)域:浙江大學(xué)機械 306 實驗室錢森煜碩士生基于墨水直寫式打印,研制了一款具有聚甲基丙烯酸甲酯微球的陶瓷前驅(qū)體打印墨水,通過打印和燒結(jié),制備了具有二級孔隙的多孔 SiC 陶瓷,并將其運用于甲醇重整制氫載體,以提高微反應(yīng)器的氫氣產(chǎn)量。在 280°C 的溫度和 30000ml?g-1?h-1 的空速下,其甲醇轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氫量分別可達 90.95% 和 44.96ml/min。采用 3D 打印技術(shù)與陶瓷前驅(qū)體相結(jié)合,可以制造出復(fù)雜形狀的陶瓷構(gòu)件。陜西耐高溫陶瓷前驅(qū)體批發(fā)價
利用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合陶瓷前驅(qū)體熱解,可以制備出直徑均勻、性能優(yōu)異的陶瓷纖維。上海陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體粘接劑
陶瓷前驅(qū)體在能源領(lǐng)域的應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn):成本與環(huán)境方面。①降低成本:目前,一些高性能的陶瓷前驅(qū)體材料的制備成本較高,這限制了其在能源領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。例如,某些稀土元素摻雜的陶瓷材料,由于稀土元素的稀缺性和高成本,使得材料的整體成本居高不下。要實現(xiàn)陶瓷前驅(qū)體在能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,需要開發(fā)低成本的制備工藝和原材料,降低生產(chǎn)成本。②環(huán)境友好性:在陶瓷前驅(qū)體的制備過程中,可能會使用一些有毒有害的化學(xué)試劑,產(chǎn)生廢水、廢氣等污染物,對環(huán)境造成一定的影響。因此,需要關(guān)注陶瓷前驅(qū)體制備過程的環(huán)境友好性,開發(fā)綠色制備工藝,減少對環(huán)境的污染。上海陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體粘接劑