近年來(lái)，為了減少溫室氣體排放，業(yè)界對(duì)功能材料的綠色制造工藝的需求越來(lái)越大，陶瓷制造業(yè)也不例外。2022年11月1日，東北大學(xué)宣布，該校工程研究生院的一個(gè)研究小組利用無(wú)金屬催化劑在室溫下成功合成了陶瓷前驅(qū)體高分子。

查閱資料得知，有機(jī)前驅(qū)體制備陶瓷材料是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的制備陶瓷材料的新方法，與傳統(tǒng)制備陶瓷材料相比，具有可在分子尺度上設(shè)計(jì)，近凈尺寸成型，裂解溫度低，高溫性能好等不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，為制備陶瓷材料的前沿研究，尤其適合制備復(fù)雜形狀零部件。

有機(jī)前驅(qū)體合成陶瓷材料的一般過(guò)程

而環(huán)狀硅氧烷是具有硅氧烷鍵的環(huán)狀有機(jī)化合物的總稱，由硅和氧的Si-O-Si鍵組成，具有物理化學(xué)結(jié)構(gòu)豐富，價(jià)廉易得，對(duì)空氣和水都不敏感，性價(jià)比高等突出的優(yōu)勢(shì)，非常適用于開(kāi)發(fā)有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料，利用硅作為反應(yīng)點(diǎn)可以引入各種有機(jī)功能團(tuán)。

但是利用硅和氧合成硅氧烷基聚合物會(huì)涉及到貴金屬催化劑的使用，這在反應(yīng)溫度、著色和因催化劑金屬殘留而產(chǎn)生的降解方面帶來(lái)了問(wèn)題。 另一方面，就算使用無(wú)金屬路易斯酸（硼催化劑）進(jìn)行合成，其副反應(yīng)的凝膠化也是一個(gè)問(wèn)題。

最終成果

為了解決上述問(wèn)題，東北大學(xué)研究小組通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，包括單體比例、單體濃度和無(wú)金屬反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)使用硼催化，成功地在室溫下合成了高分子的環(huán)狀硅氧烷前體（見(jiàn)本文開(kāi)頭的圖片）。 這些分子在聚合主鏈中不含碳?xì)浠衔镩g隔物，這使得后處理和取代物的引入成為可能。

由于TMCS單體濃度降低到0.4M以下，反應(yīng)時(shí)間縮短到2小時(shí)，因此可防止前體高分子的支鏈結(jié)構(gòu)中形成凝膠。前驅(qū)體聚合物含有硅倍半氧烷/硅氧烷成分以提高熱穩(wěn)定性，并含有可以引入取代物的活性Si-H基團(tuán)。

另外在本研究中，利用前體聚合物的熱固性反應(yīng)，還生產(chǎn)了一種集透光性、疏水性和630℃以上的熱穩(wěn)定性于一體的獨(dú)立薄膜。該薄膜的介電性能可以通過(guò)改變共聚物成分和交聯(lián)方法來(lái)調(diào)整。

熱固化反應(yīng)機(jī)理

此次開(kāi)發(fā)的混合材料具有不含金屬、可在低溫下發(fā)生反應(yīng)和可重塑功能的優(yōu)點(diǎn)，因此有望應(yīng)用于電子元件封裝劑、粘合劑和耐熱涂層。

粉體圈Coco編譯

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