泡沫陶瓷，顧名思義就是一種與“泡沫”很相似的多孔陶瓷材料，孔徑從納米級到微米級不等，氣孔率在20%~95%之間，使用溫度為常溫~1600℃。

由于具有高比面積、高氣孔率、低密度、低熱傳導(dǎo)系數(shù)，對液體和氣體介質(zhì)有選擇透過性，并具有能量吸收和阻尼特性等優(yōu)異性能，因此泡沫陶瓷被廣泛用于熔融金屬過濾、 催化劑載體、生物功能材料和吸聲材料等領(lǐng)域，有關(guān)其制備工藝的研究也成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的熱點。

近年來，一種綠色環(huán)保型的發(fā)泡陶瓷制備工藝逐漸受到人們關(guān)注，那就是“蛋白發(fā)泡工藝”。只看名字你可能會先想到做蛋糕的必要步驟——打發(fā)蛋白（就是下圖），其實兩者的原理確實是差不多的，都是利用蛋白質(zhì)天然的發(fā)泡功能，用來增加產(chǎn)品的松軟度和形成不同的結(jié)構(gòu)。

插播一個小科普——為什么蛋白質(zhì)可以“發(fā)”起來？

蛋白質(zhì)是由氨基酸以“脫水縮合”的方式組成的多肽鏈經(jīng)過盤曲折疊形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。這些蛋白質(zhì)分子在蛋清中的存在形態(tài)是卷曲的，如果把蛋白質(zhì)拉長了，你就會發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子其實是由一條長長的肽鏈組成，它們同時具有親水親油基團(tuán)，能吸附于水和空氣的界面，親水基團(tuán)與水分子接觸，親油基團(tuán)與空氣接觸。

當(dāng)攪拌器不停的在蛋清中攪拌的時候，打蛋器就會逐漸拉扯蛋白質(zhì)分子，將“卷曲”的蛋白質(zhì)拉開，把里面的疏水基團(tuán)暴露出來。當(dāng)很多疏水基共同擠一個空氣分子的時候，就行成了內(nèi)部空氣、外部是蛋白質(zhì)分子的氣團(tuán)，氣團(tuán)外部的親水基和水共同構(gòu)成了氣團(tuán)的外壁，這樣一個蛋白質(zhì)氣球誕生了。打發(fā)的過程就是產(chǎn)生蛋白氣球的過程。打發(fā)的越多，越多的蛋白質(zhì)被打開，從而與空氣行成氣團(tuán)。這些氣團(tuán)組合成宏觀的物理表現(xiàn)就是我們看到的蛋白被打發(fā)，體積變大，變大的體積其實就是增加的很多空氣分子。

同樣的，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)用于陶瓷的發(fā)泡時，機械攪拌產(chǎn)生的氣泡就能穩(wěn)定地保留在陶瓷漿料中。這個過程主要包括以下幾步：

①首先，蛋白質(zhì)分子擴散到氣-液界面；

②其次，蛋白質(zhì)分子在氣-液界面的取向排列；

③最后，蛋白質(zhì)分子形成黏性的氣-液界面膜。在氣-液界面黏性膜形成以后，為了降低系統(tǒng)總的吉布斯自由能，陶瓷粉體顆粒會吸附在氣-液界面蛋白質(zhì)分子所形成的黏性膜上。當(dāng)改變泡沫漿料的溫度或者 pH值時，蛋白質(zhì)分子局部肽鏈之間會發(fā)生不可逆的相互作用，使蛋白質(zhì)的構(gòu)像發(fā)生不可逆的變化，即蛋白質(zhì)的變性，固定泡沫漿料的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨后經(jīng)干燥、低溫?zé)鞍踪|(zhì)、高溫?zé)Y(jié)陶瓷等步驟可制備泡沫陶瓷。如圖為蛋白質(zhì)發(fā)泡法制備泡沫陶瓷的原理示意圖。

膠體粒子直接發(fā)泡法

蛋白發(fā)泡法的優(yōu)勢與局限

與傳統(tǒng)的發(fā)泡方法相比，蛋白發(fā)泡法具有來源廣泛，環(huán)境友好，分解不產(chǎn)生有毒氣體；與水相容性好，有利于陶瓷漿料保持穩(wěn)定；兼具發(fā)泡、粘結(jié)和固化作用等優(yōu)點。但要注意的是，這種方法也有一定的局限性，尤其是在泡沫陶瓷粉體固相含量較高或較低時——固相含量較高時，陶瓷漿料粘度較高，流變性較差，成型后樣品的微觀結(jié)構(gòu)均勻性較差，同時，由于水分較少，發(fā)泡過程受到限制，導(dǎo)致發(fā)泡不充分，樣品的孔隙率較低；固相含量較低時，發(fā)泡較劇烈，樣品的開孔率較高，干燥時體積收縮較大，樣品易開裂。

目前可通過加入添加劑的方法來解決上述問題，環(huán)境良好型的蔗糖和淀粉都是很不錯的選擇。其中蔗糖分子既能以氫鍵的形式實現(xiàn)分子間締合，從而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，又能與水分子中的氫原子形成氫鍵。以蔗糖為發(fā)泡劑制備泡沫陶瓷材料時，在固化后的干燥過程中，由于陶瓷漿料中氫鍵作用的存在，水分揮發(fā)過程變緩，固化后的陶瓷坯體收縮較慢，開裂風(fēng)險降低。

蛋白發(fā)泡法制備的氧化鋁泡沫陶瓷

此外，蔗糖在陶瓷漿料中形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還能在一定程度上增加坯體強度和發(fā)泡均勻性；燒失蔗糖時留下的空隙可以調(diào)節(jié)氣孔的結(jié)構(gòu)。蔗糖作為粘結(jié)劑，可增加坯體的強度，提高可加工性能，加入蔗糖可降陶瓷低漿料粘度，提高漿料流變性。

資料來源：

蛋白發(fā)泡工藝制備泡沫陶瓷及其性能研究，柴宇新。

蛋白質(zhì)發(fā)泡制備氮化硅泡沫陶瓷吸聲材料研究，殷劉彥。

蛋白質(zhì)發(fā)泡法制備多孔氧化鋯陶瓷劉海燕，劉家臣，張鵬宇，宋憲瑞，門榮磊。

粉體圈 NANA