中国科大：基于冷冻铸造的常压干燥仿木多孔陶瓷

What is it about?

在当前追求可持续发展的背景下，高性能多孔陶瓷材料因其轻质、隔热、耐腐蚀等特性，在能源、环保、生物医学等领域展现出巨大应用潜力。然而，其发展长期以来受限于传统制备工艺——尤其是广泛使用的冷冻干燥技术。该技术不仅依赖高昂的超低温、高真空设备，还面临干燥样品尺寸受限的瓶颈，导致生产成本居高不下，难以实现大规模、大尺寸制备，严重阻碍了多孔陶瓷的广泛应用。 针对这一核心挑战，发表于《Nano Letters》的研究提出了一种革命性的解决方案：一种基于环境压力干燥 的通用性制备策略。该方法巧妙融合了冰模板、离子交联与溶剂交换等多种机制，成功在常压、-10至0°C的温和条件下，制备出结构完整的多孔陶瓷。这一突破彻底摆脱了对昂贵冻干设备的依赖，显著降低了能耗与时间成本。更为重要的是，通过引入不同金属离子，研究者在提升材料密度与力学性能的同时，还赋予了陶瓷可定制的色彩与抗菌功能。这项工作不仅证明了该技术适用于多种陶瓷体系与冷冻方式，更展示了其制备超越商业设备尺寸的大型构件的能力，为多孔陶瓷从实验室走向大规模工业应用，铺就了一条兼具经济性与多功能化的绿色道路。

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Photo by Tom Chen on Unsplash

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Why is it important?

这项研究的核心价值在于突破了多孔陶瓷产业化的关键技术瓶颈。传统冷冻干燥工艺对超低温、高真空的苛刻要求，严重制约了材料的大尺寸制备与规模化应用。本研究开发的常压干燥技术，通过在近零度、常压条件下协同运用冰模板与离子交联等机制，不仅大幅降低了设备门槛与能耗成本，更首次实现了超越商业规格的大型陶瓷构件制备，为多孔陶瓷的工业化铺平了道路。 更重要的是，该技术开创了材料功能化设计的新范式。通过引入金属离子，在增强力学性能的同时，一举实现了色彩定制与抗菌功能的多功能集成。这种"结构-功能一体化"策略，使多孔陶瓷在建筑节能、环境治理、生物医疗等领域展现出更广阔的应用前景，为高性能陶瓷材料的可持续发展提供了全新的技术路径。

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