2023年8月9日，阿根廷拉普拉塔国立大学化学工程系等多家单位在《Additive Manufacturing》上发表题为Functional bioglass/carbon nanocomposite scaffolds from vat photopolymerization of a novel preceramic polymer-based nanoemulsion 的研究论文，报道了通过在含硅混合物的纳米浆料中加入钙盐，可利用SLA3D打印工艺制备出功能生物玻璃/碳纳米复合材料支架。
//doi.org/10.1016/j.addma.2023.103731
研究简介
硅树脂聚合物可作为各种硅酸盐生物陶瓷的原料，通过还原光聚合工艺以获得各种复杂形状的支架结构。这一过程是通过使用有机硅与光固化丙烯酸酯混合而实现的，通过添加悬浮在聚合物混合物中的合适的氧化物填料(尤其是碳酸盐粉末)，可以开发出作为玻璃或玻璃陶瓷前驱体的特定硅酸盐组合物。其中，来自填料的氧化物很容易与硅树脂热转化后留下的二氧化硅发生反应。但过程中往往存在光散射的问题，且局部氧化浓度通常会阻碍玻璃化产物的获得。基于此，本文报道了一个简单的解决这些问题的方法，即在含硅混合物的纳米浆料中加入钙盐。均匀的打印样品随后仅在700°C下烧制则可转化为无裂纹的陶瓷复合材料。根据CaO的准分子分布，得到了类似于70s30C (70% SiO2和30% CaO)生物玻璃的玻璃基体。第二相由热解碳组成，在N2气氛中处理，具有明显的光热效应。
研究内容解读
本研究提出了一种可实现聚合物衍生陶瓷3D打印的协同方法。在适当表面活性剂的帮助下，纳米乳液的概念被应用于光固化含硅混合物中钙盐的分散。色散的均匀性在打印分辨率和热转变时的相演化方面都是有所帮助的。打印件在在700℃烧制后可得到均匀且无裂纹的支架。这些支架具有类似于70S30C生物玻璃(70 mol% SiO2, 30 mol% CaO)的玻璃基质，并具有包含热解无定形碳的其他好处，从而能够促进光热效应。
图1 (a,b)3D打印和紫外光固化后的样品;(c,d)在N2气氛中700℃烧制后的支架。
图2 打印硅基共混物的热演化:(a)热流图;(b)质量损失图(实验图和导数图)。
图6 热处理支架的显微组织特征:(a)金刚石细胞结构概述，(b)支撑面，(c)支撑截面，(d)内部孔隙度细部。
图7 (a)红外加热测试实验装置;(b)曝光30s后的红外相机图像;(c)加热曲线。
研究结论
本研究证实了硅-丙烯酸酯共混物可用于氧化碳化物陶瓷的还原光聚合3D打印。研究人员发现了通过在700℃的氮气中烧制工程混合物来获得富钙生物玻璃基复合材料的可能性。四水合硝酸钙衍生的70S30C生物玻璃中的氧化钙前体，可以简单地在纳米乳液中引入硅-丙烯酸酯共混物。添加剂的准分子分布提高了打印分辨率和热转化，定义了类似70S30C生物玻璃的玻璃基体。根据FTIR和NRM光谱，硅酮组分热解产生的碳主要参与到类石墨分散相中，有助于实现光热效应。
中国九游会科技团队专注于陶瓷3D打印技术研发，业务涵盖“3D打印材料+3D打印设备+脱脂烧结工艺”全链条，专业技术团队为您提供独家技术开发或设备定制化服务，真正解决客户具体需求，欢迎咨询合作。
