隨著 3D 打印技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，陶瓷前驅(qū)體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加注重個性化定制。根據(jù)患者的具體需求和解剖結(jié)構(gòu)，利用 3D 打印技術(shù)可以精確地制造出具有個性化形狀和尺寸的植入物，提高植入物與患者組織的匹配度，減少手術(shù)創(chuàng)傷和并發(fā)癥的發(fā)生。未來的陶瓷前驅(qū)體材料將不局限于提供力學(xué)支撐和生物相容性，還將集成多種功能，如藥物緩釋、生物傳感、成像等。例如，將陶瓷前驅(qū)體與藥物載體相結(jié)合，實現(xiàn)藥物的可控釋放，提高藥物的療效；或者在陶瓷前驅(qū)體中引入傳感元件，實時監(jiān)測人體的生理參數(shù)，為疾病的診斷提供依據(jù)。以陶瓷前驅(qū)體為原料制備的陶瓷基復(fù)合材料，在汽車剎車片和航空航天結(jié)構(gòu)件等方面有重要應(yīng)用。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體粘接劑

聚合物前驅(qū)體法是一種制備高性能陶瓷和陶瓷復(fù)合材料的方法。其具有以下優(yōu)點：可設(shè)計性強(qiáng)：可以通過對聚合物分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計，精確控制陶瓷材①料的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)和性能。例如，通過改變聚合物中不同單體的比例和排列方式，可制備出具有不同性能的碳化硅（SiC）、氮化硅（Si?N?）等陶瓷材料。②成型工藝好：利用聚合物的成型特性，如可紡性、可模塑性等，能夠制備出各種復(fù)雜形狀的陶瓷制品，如陶瓷纖維、陶瓷薄膜、陶瓷涂層和三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷等。與傳統(tǒng)的陶瓷成型方法相比，具有更高的靈活性和精度。③低溫制備：通常在相對較低的溫度下進(jìn)行熱分解反應(yīng)，即可將聚合物前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為陶瓷材料，避免了傳統(tǒng)陶瓷制備方法中高溫?zé)Y(jié)過程可能帶來的晶粒長大、缺陷增多等問題，有利于制備高性能陶瓷材料。④均勻性好：聚合物前驅(qū)體在制備過程中可以實現(xiàn)分子水平的均勻混合，使得制備的陶瓷材料具有較為均勻的微觀結(jié)構(gòu)和成分分布，從而提高材料的性能穩(wěn)定性和可靠性。⑤可引入多種元素：容易在聚合物前驅(qū)體中引入各種功能性元素，如金屬元素、稀土元素等，從而實現(xiàn)對陶瓷材料性能的進(jìn)一步調(diào)控，制備出具有特殊性能的陶瓷復(fù)合材料。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料水熱合成法可以制備出具有特殊形貌和性能的陶瓷前驅(qū)體。

以下是一些可以輔助研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的分析技術(shù)：熱機(jī)械分析（TMA）。①原理：在程序控溫下，測量陶瓷前驅(qū)體在受熱過程中尺寸或形變隨溫度的變化。通過記錄樣品的膨脹、收縮或其他尺寸變化，可以了解其在不同溫度下的熱膨脹行為和結(jié)構(gòu)變化。②應(yīng)用：確定陶瓷前驅(qū)體的熱膨脹系數(shù)，判斷其在加熱過程中是否發(fā)生相變、燒結(jié)等引起尺寸突變的現(xiàn)象。例如，在陶瓷前驅(qū)體的燒結(jié)過程中，TMA 可以監(jiān)測其收縮行為，確定較適合燒結(jié)溫度范圍。

氧化鋯、氧化鋁等陶瓷前驅(qū)體可用于制備生物相容性良好的陶瓷材料，用于制作人工關(guān)節(jié)。氧化鋯陶瓷前驅(qū)體制備的人工關(guān)節(jié)，具有高韌性和低摩擦系數(shù)等優(yōu)點，能夠有效替代受損的關(guān)節(jié)組織，恢復(fù)關(guān)節(jié)功能，減少疼痛和并發(fā)癥的發(fā)生。陶瓷前驅(qū)體可用于制造全瓷牙冠、瓷貼面、人工種植牙根等牙科修復(fù)體。例如，氧化鋁陶瓷前驅(qū)體具有高硬度和良好的耐磨性，可制備出耐用且美觀的牙科修復(fù)體，有效恢復(fù)牙齒的功能和美觀。一些陶瓷前驅(qū)體可以制備成具有多孔結(jié)構(gòu)的骨組織工程支架，為骨細(xì)胞的生長和組織再生提供支撐。例如，磷酸鈣陶瓷前驅(qū)體可以通過特定的工藝制備出與人體骨組織相似的多孔支架，促進(jìn)骨組織的長入和愈合。陶瓷前驅(qū)體在脫脂過程中，需要控制升溫速率，以防止產(chǎn)生裂紋和變形。

陶瓷前驅(qū)體燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用案例如下：①陶瓷質(zhì)子膜燃料電池：清華大學(xué)助理教授董巖皓與合作者提出界面反應(yīng)燒結(jié)概念，設(shè)計開發(fā)了可控表面酸處理和共燒技術(shù)，讓氧氣電極層和電解質(zhì)層之間實現(xiàn)活性鍵合，改善了陶瓷質(zhì)子膜燃料電池的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。該器件在低至 350 攝氏度時仍具有鮮明的性能，在 600 攝氏度、450 攝氏度和 350 攝氏度的條件下，分別實現(xiàn)每平方厘米 1.6 瓦、每平方厘米 650 毫瓦和每平方厘米 300 毫瓦的峰值功率密度。②固體氧化物燃料電池：采用金屬醇鹽、金屬酸鹽或金屬鹵化物等作為陶瓷前驅(qū)體，通過溶膠 - 凝膠法、水熱法等制備技術(shù)，可以合成具有特定微觀結(jié)構(gòu)和性能的陶瓷電解質(zhì)和電極材料。例如，以釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）陶瓷前驅(qū)體制備的電解質(zhì)，具有良好的氧離子導(dǎo)電性，能夠在高溫下實現(xiàn)高效的氧離子傳導(dǎo)，提高燃料電池的性能。③鋰離子電池領(lǐng)域-正極材料：董巖皓與合作者提出滲鑭均勻包覆和陶瓷粉體行星式離心解團(tuán)等多項創(chuàng)新技術(shù)，闡述了應(yīng)力腐蝕斷裂主導(dǎo)的衰減機(jī)理，并修正傳統(tǒng)理論框架下的脆性機(jī)械斷裂認(rèn)知。他們以鋰離子電池中常用的正極材料氧化鋰鈷為例，展示了有效的表面鈍化、抑制表面退化，以及改善的電化學(xué)性能，證明其高電壓穩(wěn)定循環(huán)較大可達(dá)到 4.8 伏冷凍干燥法是一種制備陶瓷前驅(qū)體的有效方法，能夠保留其原始的微觀結(jié)構(gòu)。江蘇耐酸堿陶瓷前驅(qū)體纖維

阻抗譜分析可以研究陶瓷前驅(qū)體的電學(xué)性能和導(dǎo)電機(jī)制。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體粘接劑

陶瓷前驅(qū)體種類繁多，包括超高溫陶瓷（ZrC、ZrB?、HfC、HfB?）前驅(qū)體聚合物、聚碳硅烷、聚碳氮烷、元素?fù)诫s的聚碳硅烷、反應(yīng)型含硅硼氮單源陶瓷前驅(qū)體以及其他無機(jī)或有機(jī)前驅(qū)體、混合有機(jī)前驅(qū)體等。超高溫陶瓷前驅(qū)體是指通過熱解可以生成金屬碳化物和硼化物等超高溫陶瓷的一類聚合物。聚碳硅烷是指結(jié)構(gòu)中含有硅原子和碳原子相間成鍵，并且熱解后能得到 SiC 陶瓷的一類聚合物的總稱，廣泛應(yīng)用于納米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂層、多孔陶瓷等材料的制備。聚硅氮烷是指結(jié)構(gòu)中以 Si-N 鍵為主鏈，并且熱解后能得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷的一類聚合物的總稱，廣泛應(yīng)用于信息、電子、航空、航天等領(lǐng)域。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體粘接劑