近日，中国科学院兰州化学物理研究所-润滑材料重点实验室-3D打印摩擦器件组，发展了利用3D打印水凝胶柔性骨架辅助高几何复杂性、高打印精度和形状保真度陶瓷成形的新方案——解决了传统陶瓷制造因脆性和刚性导致的形状复杂性和尺寸收缩问题，在立体电路、生物医学和功能催化等领域展现出应用价值。

光固化3D打印水凝胶柔性前驱体辅助制造复杂陶瓷结构的方案

陶瓷材料由于其脆性和刚性，被塑造成复杂3D结构具有挑战性。该研究团队提出了一种通过塑造具有独特柔性和可变形特性的光聚合3D打印水凝胶陶瓷前体骨架，从而实现具有无支撑和大跨度结构的陶瓷结构的新方法。

具体而言，本发明的光聚合水凝胶陶瓷前体实现了一举两得：通过光聚合3D打印将感光聚合物基质与陶瓷纳米颗粒耦合进行第一次成型，并通过水凝胶网络的柔性变形实现3D打印陶瓷体的二次塑性。以无机黏结剂磷酸二氢铝为水凝胶分散介质，实现超低收缩光聚合陶瓷，与传统聚合物衍生光固化陶瓷相比，片层结构线性收缩率仅2%，立方体陶瓷结构线性收缩率仅13.3%。

新型陶瓷结构在立体电路、生物医用及功能催化领域的应用

如上图，基于此方法，研究人员还可制造无支撑且大跨度的陶瓷三维电路，且这种陶瓷三维电路能很好地点亮LED灯带。此外，利用水凝胶柔性骨架的可变形性，可按需或个性化制造具有颅骨缺损形状的陶瓷结构来实现骨缺陷部位修复。制造的陶瓷结构还可结合表面改性策略创造性设计制备高性能的复杂结构催化陶瓷器件，具有优良的催化活性和稳定性。

更重要的是，通过一次3D打印预制陶瓷，可多次重塑无数结构，实现本征脆性陶瓷的可重复使用性，提高制造容错率。最后，针对立体电路、生物医学、催化等应用，提出了多种陶瓷结构应用范式，突破了陶瓷本征脆性在复杂陶瓷器件高精度制造中的限制。石河子大学联培博士生徐昕为该论文第一作者，Institut Jacques Monod蒋盼博士、兰州化物所刘德胜助理研究员和王晓龙研究员为通讯作者。

参考来源：兰州化物所

编译整理 YUXI

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