液态聚合物能制出耐高温陶瓷材料？！

LoswimM

概要：

一位工程师使用五种化学成分（硅，硼，碳，氮和氢），创造了一种液体聚合物，并可将其转化为具有热，光学和电子性能的功能陶瓷。

【图注】堪萨斯州立大学机械与核工程副教授Gurpreet Singh，Harold O.和Jane C. Massey Neff已成功申得这项专利。

由于堪萨斯州立大学工程师最近成功申得研制液态聚合物的专利，从此制造陶瓷纺织品，改进喷气发动机叶片，3D打印陶瓷和升级版电池等项目很快就会成为现实。使用五种化学成分：硅，硼，碳，氮和氢，Gurpreet Singh，Harold O.和Jane C. Massey Neff机械与核工程副教授，创造出一种液态聚合物，它可以转化成具有热量、光学和电子性能的功能陶瓷材料，加热后又可变成陶瓷的液态聚合物，便于进行批量生产。

Singh说：“这种聚合物是一种非常有用的材料。在过去五年研究的所有材料中，这种材料是最具前景的，现在我们可以将陶瓷材料用于任何你无法想像的领域。”Singh是该专利的主要发明人，他认为该材料将用于合成SiBNC陶瓷的硼改性硅氮烷，2013年机械工程的博士研究生Romil Bhandavat则是该专利的共同发明人。

与其他含硅和含硼聚合物不同，工程师们开发出了像水一样的透明聚合物，并具有与水相同的密度和粘度。Singh解释道：“我们已经制造了液态聚合物，它可在室温下保持液态，并且比其他SiBNC聚合物具有更长的保质期。但当您加热聚合物时，会发生液态到固态的转变，这种透明的液体聚合物可以转化为暗黑色的玻璃状陶瓷。”这种陶瓷可应用于多个领域，因为它们能承受极端的环境温度，并适用于各种材料，包括火花塞，喷气发动机，高温炉甚至空间探测材料。

作为一种预制陶瓷聚合物，Singh认为该液态材料有几个重要的特性。

•聚合物密度低，可以制造轻质陶瓷，而不是一般重型陶瓷。

•聚合物可大规模生产，以克或千克为计量单位。

•由该聚合物制成的陶瓷可耐高达约1700摄氏度的极端环境温度，然而陶瓷的质量密度却低于其他超高温陶瓷如硼化锆和碳化铪的质量密度三到六倍。

•聚合物可制成陶瓷纤维。若将聚合物加热至约50至100摄氏度，则其将变成与糖浆或类似蜂蜜状的凝胶。在该凝胶状态下，聚合物可以被拉入绳或纤维中以产生陶瓷织物或陶瓷网。液体聚合物具有加工灵活性，可将其倒入模具中加热并精确地制作复杂的陶瓷形状。

•由于聚合物是液体，它可喷涂并可用作涂料以制备陶瓷涂层。陶瓷可以保护位于其下方的材料，或者制作成可在高温环境中高效工作的机械，如蒸汽轮机或喷气发动机叶片。聚合物也可用于使用台式SLA打印机的陶瓷部件3D印刷机中。

•当其与碳纳米管结合使用时，聚合物的应用范围将更为广阔。它会产生一种黑色材料，可以吸收所有的光（甚至紫外线和红外线）而不易被损坏。组合后的纳米材料可以承受15,000瓦/平方厘米的极端环境热量，这大约是火箭喷嘴热量的10倍。

•聚合物可用于生产具有绝缘体或半导体的可调电导率的陶瓷。

•陶瓷中具有硅和石墨烯碳，可以改进锂离子电池的电极。

•由该聚合物衍生出来的陶瓷具有传统陶瓷中所没有的无序结构。陶瓷中的硅与氮和碳（并非硼）结合，而硼与氮（并非碳）结合，并且碳键连接到另一个碳上形成石墨烯线。这种独特的结构可延迟其与氧的反应，在高温下使材料具有结构稳定性。

Singh说：“研究人员通常只关注耐高温物质，我们是少数研究其他性能的研究人员，如电子，电化学，热和光学性能，并在这种材料中显露出这些性质。”Singh 的研究得到了国家标准技术研究所，辐射测量团队和国家科学基金会的支持。他正在继续研究利用聚合物制造陶瓷纤维甚至电池电极的可能性。

原文链接：Engineer Patents Waterlike Polymer to Create High-Temperature Ceramics -- ScienceDaily