柔性陶瓷納米膜:兼具陶瓷與彈性的全新複合材料

2023年09月，嘉興富瑞邦新材料科技有限公司完成B輪融資，所融資金將主要用於產能擴建、市場拓展與補充流動資金等。據公開資料顯示，富瑞邦成立於2018年，是國內納米纖維產業化的領先企業，致力於納米空濾膜、柔性陶瓷納米膜及超輕保暖材料的研發、生產及銷售。

陶瓷材料正常情況下都是堅硬、化學性能穩定的，短板是脆性大；塑料柔韌可彎，但無法承受高溫。上述新聞中提到的“柔性陶瓷納米膜”能兼具陶瓷與塑料的優勢嗎？

1 柔性陶瓷納米膜由什麼製成的？

柔性陶瓷納米膜屬於一類納米複合材料，是在聚合物基體中均勻分散納米級陶瓷顆粒而製成的。它由兩類材料組成：一是陶瓷材料，一是彈性聚合物。陶瓷取納米級細小粒子，如氧化鋁、氮化硅等陶瓷粒子，使其均勻分散入彈性基體中。基體選用一些具有橡膠彈性的高分子材料，如硅膠橡膠、聚酰亞胺等。

典型的製備方法是採用溶膠-凝膠技術，先製備陶瓷前驅體溶膠，然後通過調控使之在柔性基體中凝膠化，得到複合薄膜。這兩類“水火不容”的材料，通過特殊的設計與製造技術實現了完美結合。

2 柔性陶瓷納米膜的研發歷程

柔性陶瓷納米膜的研究可以追溯到20世紀90年代，當時美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科研人員首次報道了一種氧化鋁和聚酰亞胺的柔性陶瓷複合膜材料，這開啓了後來將陶瓷納米粒子與彈性基體組合創造材料奇蹟的新思路。

在此後的1990年代中後期至21世紀初，美國、中國、韓國等國科研人員陸續開展了這樣一類將陶瓷納米粒子與彈性基體材料組合製備柔性陶瓷複合材料的研究。他們探索了不同的陶瓷成分系統，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯等，並採用多種技術手段獲得了兼具一定韌性與塑性的柔性陶瓷材料。30多年來，各國科學家在該領域進行了大量研究工作，推動了柔性陶瓷納米膜技術的快速發展與進步。

柔性陶瓷納米膜的出現是材料科學領域中的一個重大突破，它打破了傳統觀念中陶瓷材料必然具有脆性的侷限，通過在納米級組裝和設計材料組分與結構，成功實現了兼具陶瓷與塑料優點的全新材料系統。

這種材料的誕生具有推動多學科交叉的材料設計新思路的科學意義，也爲解決柔性電子、高溫機械、生物醫用等應用領域亟待突破的材料技術難題提供了有效途徑。更重要的是，這種可設計的、可調控的全新材料打開了從剛性材料向柔性材料轉換的新章節，引領材料科學發展進入了一個嶄新方向，拓展了人們對材料極限性能的認知。

3 柔性陶瓷納米膜的獨特優勢

與傳統硬脆陶瓷相比，柔性陶瓷納米膜最大的優勢是機械柔韌性能突出。它的斷裂伸長率可以達到5-8%，超過普通陶瓷數十倍，顯示出“黃金般”的延展性。

這種材料即使在高溫下也不失去彈性，可以工作於500°C以上高溫環境。同時還具備了良好的抗衝擊韌性，不容易產生裂紋。這在航空航天、電子產品等領域可以帶來革命性的進步。

除了力學性能優異外，柔性陶瓷膜也繼承了陶瓷的許多優秀特性。如低介電損耗、導熱性良好、阻燃和化學穩定性好等。用戶可以根據需要選擇不同的陶瓷納米粒子來獲得理想的綜合性能。

4 柔性陶瓷納米膜的應用前景

憑藉獨特的綜合性能，柔性陶瓷納米膜或可在多個領域找到應用方向，例如：

它可用於新一代柔性電子產品的基礎材料，使電子設備既具有柔軟性又兼具耐高溫的優點。例如可摺疊的手機和可彎曲的顯示器。

可以用於高速飛行器的防熱罩材料、金屬材料以降低重量。同時還可製作柔軟的高溫傳感器，實現如衣服內置傳感等創新應用。

柔性陶瓷納米膜製成的微處理器散熱片，還可提高散熱效率的同時保證機械柔韌性。

此外，柔性陶瓷納米膜在生物醫學領域也具有巨大潛力。未來也可能被用於製成人工關節替換材料、組織工程支架等,結合骨骼組織使用，改善生物兼容性。

5 柔性陶瓷納米膜還未得到廣泛推廣的原因

（1）製備技術還不成熟

柔性陶瓷膜的製備過程較爲複雜，涉及溶膠化學、界面控制、燒結工藝等多學科交叉的技術，目前生產中大批量準備的穩定性和重複性還需提高。

（2）產業化生產尚未完全實現

該材料目前主要停留在實驗室研發階段，用於產品應用的大規模工業化生產線還很少。從實驗室技術向製造業轉化存在一定難度。

（3）應用研究仍需深入

這種多功能複合材料系統的性能優化調控和產品設計還需要大量應用研究，才能使不同領域的產品性能指標完全符合要求。

（4）應用推廣需要時間積累

作爲新材料，其產品推廣需要從小衆領域逐步擴大應用範圍，同時積累產品服務壽命數據，才能獲得用戶的完全認可。

總而言之，柔性陶瓷納米膜正處於從實驗室到應用的關鍵轉化階段，關鍵技術的進一步成熟以及產業化生產的實現，都需要一個過程。隨着技術的不斷進步，這種材料顯示出的巨大應用潛力期待能夠得到進一步開發。