柔性陶瓷纳米膜:兼具陶瓷与弹性的全新复合材料

2023年09月，嘉兴富瑞邦新材料科技有限公司完成B轮融资，所融资金将主要用于产能扩建、市场拓展与补充流动资金等。据公开资料显示，富瑞邦成立于2018年，是国内纳米纤维产业化的领先企业，致力于纳米空滤膜、柔性陶瓷纳米膜及超轻保暖材料的研发、生产及销售。

陶瓷材料正常情况下都是坚硬、化学性能稳定的，短板是脆性大；塑料柔韧可弯，但无法承受高温。上述新闻中提到的“柔性陶瓷纳米膜”能兼具陶瓷与塑料的优势吗？

1 柔性陶瓷纳米膜由什么制成的？

柔性陶瓷纳米膜属于一类纳米复合材料，是在聚合物基体中均匀分散纳米级陶瓷颗粒而制成的。它由两类材料组成：一是陶瓷材料，一是弹性聚合物。陶瓷取纳米级细小粒子，如氧化铝、氮化硅等陶瓷粒子，使其均匀分散入弹性基体中。基体选用一些具有橡胶弹性的高分子材料，如硅胶橡胶、聚酰亚胺等。

典型的制备方法是采用溶胶-凝胶技术，先制备陶瓷前驱体溶胶，然后通过调控使之在柔性基体中凝胶化，得到复合薄膜。这两类“水火不容”的材料，通过特殊的设计与制造技术实现了完美结合。

2 柔性陶瓷纳米膜的研发历程

柔性陶瓷纳米膜的研究可以追溯到20世纪90年代，当时美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科研人员首次报道了一种氧化铝和聚酰亚胺的柔性陶瓷复合膜材料，这开启了后来将陶瓷纳米粒子与弹性基体组合创造材料奇迹的新思路。

在此后的1990年代中后期至21世纪初，美国、中国、韩国等国科研人员陆续开展了这样一类将陶瓷纳米粒子与弹性基体材料组合制备柔性陶瓷复合材料的研究。他们探索了不同的陶瓷成分系统，如二氧化硅、氧化铝、氧化锆等，并采用多种技术手段获得了兼具一定韧性与塑性的柔性陶瓷材料。30多年来，各国科学家在该领域进行了大量研究工作，推动了柔性陶瓷纳米膜技术的快速发展与进步。

柔性陶瓷纳米膜的出现是材料科学领域中的一个重大突破，它打破了传统观念中陶瓷材料必然具有脆性的局限，通过在纳米级组装和设计材料组分与结构，成功实现了兼具陶瓷与塑料优点的全新材料系统。

这种材料的诞生具有推动多学科交叉的材料设计新思路的科学意义，也为解决柔性电子、高温机械、生物医用等应用领域亟待突破的材料技术难题提供了有效途径。更重要的是，这种可设计的、可调控的全新材料打开了从刚性材料向柔性材料转换的新章节，引领材料科学发展进入了一个崭新方向，拓展了人们对材料极限性能的认知。

3 柔性陶瓷纳米膜的独特优势

与传统硬脆陶瓷相比，柔性陶瓷纳米膜最大的优势是机械柔韧性能突出。它的断裂伸长率可以达到5-8%，超过普通陶瓷数十倍，显示出“黄金般”的延展性。

这种材料即使在高温下也不失去弹性，可以工作于500°C以上高温环境。同时还具备了良好的抗冲击韧性，不容易产生裂纹。这在航空航天、电子产品等领域可以带来革命性的进步。

除了力学性能优异外，柔性陶瓷膜也继承了陶瓷的许多优秀特性。如低介电损耗、导热性良好、阻燃和化学稳定性好等。用户可以根据需要选择不同的陶瓷纳米粒子来获得理想的综合性能。

4 柔性陶瓷纳米膜的应用前景

凭借独特的综合性能，柔性陶瓷纳米膜或可在多个领域找到应用方向，例如：

它可用于新一代柔性电子产品的基础材料，使电子设备既具有柔软性又兼具耐高温的优点。例如可折叠的手机和可弯曲的显示器。

可以用于高速飞行器的防热罩材料、金属材料以降低重量。同时还可制作柔软的高温传感器，实现如衣服内置传感等创新应用。

柔性陶瓷纳米膜制成的微处理器散热片，还可提高散热效率的同时保证机械柔韧性。

此外，柔性陶瓷纳米膜在生物医学领域也具有巨大潜力。未来也可能被用于制成人工关节替换材料、组织工程支架等,结合骨骼组织使用，改善生物兼容性。

5 柔性陶瓷纳米膜还未得到广泛推广的原因

（1）制备技术还不成熟

柔性陶瓷膜的制备过程较为复杂，涉及溶胶化学、界面控制、烧结工艺等多学科交叉的技术，目前生产中大批量准备的稳定性和重复性还需提高。

（2）产业化生产尚未完全实现

该材料目前主要停留在实验室研发阶段，用于产品应用的大规模工业化生产线还很少。从实验室技术向制造业转化存在一定难度。

（3）应用研究仍需深入

这种多功能复合材料系统的性能优化调控和产品设计还需要大量应用研究，才能使不同领域的产品性能指标完全符合要求。

（4）应用推广需要时间积累

作为新材料，其产品推广需要从小众领域逐步扩大应用范围，同时积累产品服务寿命数据，才能获得用户的完全认可。

总而言之，柔性陶瓷纳米膜正处于从实验室到应用的关键转化阶段，关键技术的进一步成熟以及产业化生产的实现，都需要一个过程。随着技术的不断进步，这种材料显示出的巨大应用潜力期待能够得到进一步开发。