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    德研究团队发现新材料:“液态玻璃”或颠覆传统玻璃制备!

    来源:LANDGLASS  浏览量:1368  发布时间:2017-07-18 10:29:43

    玻璃是一种重要的材料,具有优异的性能,广泛用于科学,工业和社会等领域中。但是,玻璃成型通常需要使用危险的氢氟酸进行湿法化学蚀刻,处理起来有一定的困难,这是玻璃的一大缺点。


    最近Bastian E. Rapp, Frederik Kotz和卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队发现了一种新材料——“液态玻璃”(LiqGlass)。这是一种有粘性可自由流动的纳米复合材料,含无定形氧化硅,氧化硅在室温时使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的软模具即可将液体玻璃成型,然后固化的液体玻璃通过热脱脂和烧结转化为高密度高品质的固态玻璃。这种方法形成的玻璃在化学上和物理上都与商业熔凝法生产的石英玻璃相同。使用液态玻璃能够把由特征尺寸为数十微米和粗糙度为几个纳米的材料制成的任何物体迅速且便利地转变为玻璃。液态玻璃也可以制造复杂的物理结构,如三维封闭腔,微流通道等。


    研究人员认为液态玻璃是让玻璃成为实验室环境下的快速成型材料,并让玻璃可以作为增材制造的原材料的重要一步。无害的制备工艺,加上无需洁净室设备,用液态玻璃制造典型的微流控芯片仅需10欧分。


    图文导读:


    图1:液态玻璃制造工艺流程图



    1)将无定形氧化硅纳米粉末分散于光敏树脂基体中形成分散系。


    2)把液态玻璃浇铸到PDMS模板中,之后用紫外线固化。


    3)如果要形成多层玻璃,用局部固化的方法使已固化的玻璃板粘合起来 。


    4)通过热脱脂去除有机粘合剂。


    5)烧结粉末化合物形成高度透明且致密的玻璃结构。


    图2:液态玻璃的性能表征


    液态玻璃的收缩具有各向同性;表面粗糙度低;且在烧结过程中不发生脱玻作用。



    a)白光干涉表明零部件在烧结和在高复制保真过程中的收缩具有各向同性。


    b)与商业石英玻璃和钠钙玻璃相比,烧结的液态玻璃在大气和真空条件下的紫外线透射光谱。


    c)AFM测示表明其表面粗糙度低Rq=5.92 nm。


    d)烧结液态玻璃的X射线衍射表明烧结过程中没有发生脱玻作用。


    图3:用液态玻璃制造的各种物体


    液态玻璃具有优良的成型性能及耐化学性。



    a)饼干(比例尺:7mm)和硬币(比例尺:4mm)被成功复制转变为玻璃。b)扫描电子显微镜(SEM)呈现的烧结玻璃的光学投影图(比例尺:15mm)以及比例尺为35mm的视野轮廓。从SEM图可以看出,结构中没有可见裂纹。


    c)制造绿色部分中的多层玻璃系统(比例尺:5mm):1)用三层玻璃构件“汉诺塔”2)倒置过来,再构件四层


    d)由两层玻璃形成的微流体玻璃芯片(比例尺:4mm)。局部放大示意图显示了芯片的边缘和结合情况。


    e)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)(黄色)和盐酸(HCl)中的毛细管填充物和溴百里酚蓝(BTB)的混合物表明烧结的液态玻璃具有优良的耐化学性。 pH变化导致颜色从黄色变为紫色。这些管道由具有高保真度且垂直性好的玻璃构成且结合良好(比例尺:350mm)。