陶瓷業(yè)是最早的工業(yè)之一，早在公元前24000年前，最早的陶瓷工業(yè)就誕生了。最初，人們發(fā)現(xiàn)將粘土和水混合后可以燒結(jié)制作成各種形狀的物品，這就是陶瓷的前身，隨著燒制工藝的發(fā)展和進步，陶瓷也慢慢成為人類生活和生產(chǎn)中不可缺少的一種材料。

隨著陶瓷制備工藝的傳承和延續(xù)，陶瓷制品也逐漸由粗糙走向精細，燒結(jié)條件由低溫發(fā)展到高溫，同時而來的，是陶瓷的家族的進一步擴充和完善。在如今的材料體系中，除了有機材料和金屬材料以外的所有其他材料，即無機非金屬材料都被統(tǒng)稱為陶瓷材料。

陶瓷材料也有很多種多孔陶瓷是其中一種

陶瓷材料按照功能分類可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。由于陶瓷材料是一類由無機非金屬材料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成的固體材料，因此它通常具有高熔點、高硬度、和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

當我們需要發(fā)揮材料的機械、熱、化學(xué)性能時，就要用到結(jié)構(gòu)陶瓷了，結(jié)構(gòu)陶瓷在航空航天領(lǐng)域可是香餑餑，在飛機和火箭發(fā)動機葉片上，以及高速飛行器鼻錐、機翼前緣等關(guān)鍵部分，都能看到它的身影。

功能陶瓷則是利用其對電、光、磁、聲、熱等物理性質(zhì)所具有的特殊功能而制造出的陶瓷材料，它的家族同樣龐大，比如用于無線電器件和電路元件的絕緣陶瓷與介電陶瓷，用在傳感器上的壓電陶瓷和透明陶瓷等，雖不起眼，但卻于無聲處聽驚雷。

一提到陶瓷材料，我們首先想到的就是厚重和堅固，這是由于常見到的這些陶瓷材料都是十分致密的。然而在陶瓷材料的大家庭里，多孔陶瓷以其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，慢慢走進了大家的視線。

所謂多孔陶瓷，顧名思義就是一種具有大量微小孔隙的陶瓷材料。這些孔隙可以是封閉的，也可以是相互連通的，它們賦予了多孔陶瓷一系列獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)。多孔陶瓷的孔隙率通常在10%到90%之間，孔徑可以從納米級到微米級不等。

多孔陶瓷的應(yīng)用開始于十九世紀后期，在其制備過程中，通過調(diào)控不同的制作參數(shù)和條件，可以使其內(nèi)部產(chǎn)生不同數(shù)量、不同尺寸、不同形狀的孔隙，這些孔隙可以是微觀的或宏觀的，形態(tài)各異，從而產(chǎn)生特有的多孔結(jié)構(gòu)。

它不僅有普通陶瓷材料高化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫、耐腐蝕、強度高等優(yōu)點，而且由于其具有較大的表面積和空隙結(jié)構(gòu)，多孔陶瓷具有輕質(zhì)、吸附性能好、隔熱性能好等優(yōu)點，這讓它在環(huán)保、能源、化工、制藥、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都能有廣泛的應(yīng)用。

多孔陶瓷上的孔是如何形成的？

根據(jù)制備工藝的復(fù)雜程度及所制備多孔陶瓷孔隙率的大小，多孔陶瓷的制備方法通常可以分為部分燒結(jié)法、復(fù)制模板法、犧牲模板法和直接發(fā)泡法等。

部分燒結(jié)法是目前制備多孔陶瓷材料較常用的方法。簡單來說，就是將陶瓷顆?；蛱沾衫w維壓制成坯體，然后在高溫條件下進行燒結(jié)，使顆?；蚶w維之間形成結(jié)合，同時，粉末顆粒由于表面擴散或蒸發(fā)冷凝而黏結(jié),在完全致密之前結(jié)束燒結(jié)而在陶瓷中形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)。通過改變起始粉體的粒徑和部分燒結(jié)程序，即可改變多孔陶瓷的孔隙大小和孔隙率。采用這種方法制備的陶瓷材料，其中晶粒的間燒結(jié)頸、孔隙率及孔徑的大小會直接影響其性能。

犧牲模板法又叫添加造孔劑法，成本低廉，操作便捷是它的主要優(yōu)勢。其原理就是在陶瓷漿料中加入一定量的造孔劑，在燒結(jié)過程中造孔劑受熱分解成為氣體，形成孔隙。這種方法雖然工藝簡單，但難以控制氣孔分布，會導(dǎo)致成品均勻性較差。

復(fù)制模板法從字面看來，就是復(fù)制其他材料的模板，來制備具有高體積孔隙率和開孔壁的多孔陶瓷。以海綿為例,首先用陶瓷懸浮液、前驅(qū)體溶液等來浸漬模板,剩余部分通過離心等方式排出。待陶瓷浸漬模板干燥,再進行熱處理，使有機海綿分解,最后將陶瓷層在高溫下致密化,這些開放式單元相互連接,使得流體能夠以相對較低的壓降通過多孔陶瓷。這種方法可制得孔隙率高、強度高、密度低的多孔陶瓷，但難以制備小孔徑閉孔陶瓷，且孔的形狀會受模板限制。

直接發(fā)泡法是先穩(wěn)定并干燥陶瓷懸浮液,隨后進行燒結(jié)以獲得固結(jié)結(jié)構(gòu)。其優(yōu)勢就在于制備出的材料孔徑結(jié)構(gòu)強且缺陷少。通過機械攪拌或添加發(fā)泡劑等方式將氣體引入到懸浮液中，形成細密且穩(wěn)定的泡沫，然后干燥和燒結(jié)得到多孔陶瓷。這種方法易于工業(yè)化生產(chǎn)，可以制備開孔或閉孔結(jié)構(gòu)、高氣孔率的多孔陶瓷。因此，穩(wěn)定陶瓷懸浮液中的氣泡至關(guān)重要。目前最常用的穩(wěn)定方法是通過添加表面活性劑,來降低氣液界面的能量，從而在一定程度上對反應(yīng)條件進行控制。

多孔陶瓷性能優(yōu)越在多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用

既然是多孔材料，我們自然而然可以想象出，其質(zhì)量會比一般的陶瓷材料更輕，而其內(nèi)部引入的大量孔隙結(jié)構(gòu)，聲波或者熱量傳導(dǎo)進去陶瓷內(nèi)部以后，其多孔結(jié)構(gòu)會對能量進行分散，從而達到吸音隔熱的目的。由于多孔陶瓷兼具陶瓷材料的優(yōu)良機械性能和吸音隔熱性能，這就使其能在高層建筑、隧道、影院等有較高隔音要求的場所大展身手。

材料內(nèi)部充滿孔隙，多孔陶瓷就擁有了相當大的表面積，這就為其進行氣體吸附、催化提供了天然優(yōu)勢，由于陶瓷材料本身的耐高溫特點，這使得它在高溫廢氣凈化器、污水處理裝置上的應(yīng)用更加得心應(yīng)手。比如柴油機排出的黑煙，它不僅可以對氣體進行過濾，還能經(jīng)過催化，將其中的CO, NOX, CnHm等氣體轉(zhuǎn)化為無毒害的CO2, N2和H2O等，為我們的環(huán)保添磚加瓦。

不僅如此，在傳統(tǒng)生物陶瓷基礎(chǔ)上研發(fā)的多孔生物陶瓷，例如人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等。網(wǎng)眼型多孔陶瓷與人體的海綿骨具有近乎相同的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能使骨組織長入孔隙中,使種植體與生物體之間產(chǎn)生更為牢靠的固定。它比大部分金屬材料有著更好的生物相容性和更穩(wěn)定的理化性能，且無毒副作用，這為需要骨移植的患者提供了優(yōu)良的替代品。近些年來，多孔生物陶瓷也成為了無機生物材料研究中的熱點。

多孔陶瓷的強大遠不止如此，其內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，是一種天然的絕緣體，可以用作一種電磁波屏蔽材料。此外，由于它良好的穩(wěn)定性和耐久性，已經(jīng)作為微機電系統(tǒng)得到了很好的應(yīng)用。它可以穿戴在身體上，甚至是手腕和鞋底，作為傳感器來檢測人類活動，從而更好的為人們服務(wù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，多孔陶瓷材料的制備工藝和性能也在穩(wěn)步前進，其發(fā)展方興未艾。在未來，人們通過對其微觀結(jié)構(gòu)和孔隙尺寸的精確控制，具有更加復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)和理想孔隙率的多孔陶瓷材料會被更多的開發(fā)出來，同時它的應(yīng)用也會更加經(jīng)濟、高效和長期可靠。

作者：李可為中國科學(xué)院固體物理研究所