近日，中國科學院蘭州化學物理研究所-潤滑材料重點實驗室-3D打印摩擦器件組，發展了利用3D打印水凝膠柔性骨架輔助高幾何復雜性、高打印精度和形狀保真度陶瓷成形的新方案——解決了傳統陶瓷制造因脆性和剛性導致的形狀復雜性和尺寸收縮問題，在立體電路、生物醫學和功能催化等領域展現出應用價值。

上述研究成果發表在先進材料期刊（Advanced Materials），論文地址：

https://doi.org/10.1002/adma.202404469

光固化3D打印水凝膠柔性前驅體輔助制造復雜陶瓷結構的方案

陶瓷材料由于其脆性和剛性，被塑造成復雜3D結構具有挑戰性。該研究團隊提出了一種通過塑造具有獨特柔性和可變形特性的光聚合3D打印水凝膠陶瓷前體骨架，從而實現具有無支撐和大跨度結構的陶瓷結構的新方法。

具體而言，本發明的光聚合水凝膠陶瓷前體實現了一舉兩得：通過光聚合3D打印將感光聚合物基質與陶瓷納米顆粒耦合進行第一次成型，并通過水凝膠網絡的柔性變形實現3D打印陶瓷體的二次塑性。以無機黏結劑磷酸二氫鋁為水凝膠分散介質，實現超低收縮光聚合陶瓷，與傳統聚合物衍生光固化陶瓷相比，片層結構線性收縮率僅2%，立方體陶瓷結構線性收縮率僅13.3%。

新型陶瓷結構在立體電路、生物醫用及功能催化領域的應用

如上圖，基于此方法，研究人員還可制造無支撐且大跨度的陶瓷三維電路，且這種陶瓷三維電路能很好地點亮LED燈帶。此外，利用水凝膠柔性骨架的可變形性，可按需或個性化制造具有顱骨缺損形狀的陶瓷結構來實現骨缺陷部位修復。制造的陶瓷結構還可結合表面改性策略創造性設計制備高性能的復雜結構催化陶瓷器件，具有優良的催化活性和穩定性。

更重要的是，通過一次3D打印預制陶瓷，可多次重塑無數結構，實現本征脆性陶瓷的可重復使用性，提高制造容錯率。最后，針對立體電路、生物醫學、催化等應用，提出了多種陶瓷結構應用范式，突破了陶瓷本征脆性在復雜陶瓷器件高精度制造中的限制。石河子大學聯培博士生徐昕為該論文第一作者，Institut Jacques Monod蔣盼博士、蘭州化物所劉德勝助理研究員和王曉龍研究員為通訊作者。

參考來源：蘭州化物所

編譯整理 YUXI