폴리머 유도 세라믹

Polymer derived ceramics
세라믹 전 폴리머 계열의 일반적인 예

흔히 PDC라고 하는 폴리머 파생 세라믹은 세라믹 전 폴리머의 열분해로 형성된 세라믹 소재에 대한 용어로서, 보통 불활성 대기에서 발생한다.

PDC의 구성은 가장 일반적으로 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 옥시카르비드(SiOCxy), 질화규소(SiN34), 실리콘 카바니트라이드(SiNC3+x4x+y), 실리콘 옥시니트라이드(SiONxy)를 포함한다.[2] PDC의 구성, 위상 분포 및 구조는 사용되는 폴리머 전구 화합물과 적용되는 열분해 조건에 따라 달라진다.

이러한 유형의 세라믹 재료의 주요 장점은 처리 및 형상 측면에서 중합체 전구체를 사용함으로써 얻을 수 있는 다용성이라는 점이다. 폴리머 파생 세라믹은 프리세라믹 폴리머의 광폴리머화를 통해 입체파 기반 기법으로 추가 제조(3D 프린팅)할 수 있다.[3] PDC의 이러한 처리는 분말 소결, 슬립 주조 등 기존의 세라믹 가공 루트를 통해 달성하기 어려운 복잡한 형태의 열화학적 안정적 소재를 필요로 하는 애플리케이션에 관심을 모았다. PDC는 다공성 물질과 중첩성 물질과 박막의 합성에 더욱 가치가 있다.[5]

화학

PDC는 주로 세라믹 전 고분자의 열분해를 통해 제작된다.

PDC 처리

세라믹 전 중합체 제품군에서 폴리실록산인은 가장 유명한 세라믹 전 중합체다. 등뼈는 탄소 원자와 산소 원자로 구성되어 있다. 폴리(organo)실록산은 등뼈에 유기 그룹이 있는 폴리실록산(polyborosiloxanes, poly(carbosiloxanes) 등이다. 세라믹 전 중합체의 또 다른 중요한 범주는 폴리카르보실레인과 폴리(오르간)카르보실레인이며, 등뼈에 탄소 원자와 실리콘 원자가 교대로 들어 있다. 마찬가지로 Si-N 결합으로 이루어진 폴리머는 폴리실라자인, 폴리(orgorosilazane), 폴리(orgorosilylcarbodiimides)로 분류된다.[6] 다른 폴리머 성분은 처리 온도, 미세구조 전환, 세라믹 수율 및 안정성에 영향을 미친다.[7]

프리세라믹 폴리머의 PDC로의 변환은 형상화, 교차연결화, 열분해, 결정화 등 4단계로 나눌 수 있다. 일반적으로 PDC 처리는 1100 °C-1300 °C에서 완료된다. 결정성 PDC를 형성하기 위해, 일부 재료는 결정화하는데 더 높은 온도가 요구되며, 보통 1700 °C 이상이다.[8]

특성.

PDC는 다음을 포함한 많은 속성으로 특징지어진다.[9]

PDC와 특성이 다른 기타 재료의 조합은 PDC 기반 복합 재료의 결합 특성을 개발할 수 있다. PDC 기반 복합 재료는 예를 들어 생물학적, 의료적, 전기적, 자기적, 공학 및 광학 애플리케이션과 같은 광범위한 영역으로 PDC의 기능과 사용을 확장할 수 있다.[10]

사용하다

코팅스

폴리머 유도 세라믹 및 폴리머 유도 세라믹 기반 재료의 대표적인 용도

다른 코팅 방법에 비해 PDC 가공의 열처리는 간단하고 비용이 저렴하다. PDC 코팅은 전자장치와 가스 분리막에서 좋은 구성품이다. PDC 재료의 내적 안정성 때문에 PDC 코팅은 환경 장벽 코팅(EBC)에도 흔히 사용된다.[8]

3D 프린팅

직접잉크쓰기(DIW), 입체영상촬영(SLA), 디지털광처리(DLP) 등 구체적인 3D 프린팅 기법은 나노스케일에서 매크로 스케일에 이르는 프리세라믹 폴리머 구조를 제어할 수 있으며 PDC의 3D 프린팅은 첨단 세라믹 소재 제작과 통합을 용이하게 할 수 있다.[11]

바이오메디컬 엔지니어링

생체적합성 PDC와 PDC 기반 복합체를 다양한 생물학적 시스템에 적용할 수 있다. 그것들은 보통 조직 재생, 임플란트 디자인, 약물 전달, 상처 드레싱과 같은 생물의학 응용을 위한 다기능성과 복잡한 형상으로 인터페이스나 표면을 생산하는데 사용된다.[12][13]

전자제품

하이브리드 PDC 재료는 리튬 이온 배터리, 센서, 액추에이터, 고온 전기 장치 등에서 기판 제조에 적합하고 튜닝이 가능하다. 전자적 용도를 위한 PDC 복합 재료의 일반적인 처리 전략에는 화학적 수정, 금속 또는 금속 산화물과 혼합, 기능적 충전재와의 통합이 포함된다.[10]

참조

  1. ^ 실리콘 탄산염, - 새로운 종류의 물질
  2. ^ 폴리머-파생 세라믹스: 고급 세라믹스의 40년 연구와 혁신
  3. ^ 폴리머 유도 세라믹의 적층 제조 2019, vol. 27
  4. ^ 중포도 설계가 적용된 폴리머- 유래 세라믹: 카탈루션의 설계에서 적용까지
  5. ^ Si Carbonitride 필름의 마찰과 마모
  6. ^ Colombo, Paolo; Mera, Gabriela; Riedel, Ralf; Sorarù, Gian Domenico (2010-06-07). "Polymer-Derived Ceramics: 40 Years of Research and Innovation in Advanced Ceramics: Polymer-Derived Ceramics". Journal of the American Ceramic Society: no–no. doi:10.1111/j.1551-2916.2010.03876.x.
  7. ^ Greil, P. (2000). "Polymer Derived Engineering Ceramics". Advanced Engineering Materials. 2 (6): 339–348. doi:10.1002/1527-2648(200006)2:63.0.CO;2-K. ISSN 1527-2648.
  8. ^ a b Barroso, Gilvan; Li, Quan; Bordia, Rajendra K.; Motz, Günter (2019-01-29). "Polymeric and ceramic silicon-based coatings – a review". Journal of Materials Chemistry A. 7 (5): 1936–1963. doi:10.1039/C8TA09054H. ISSN 2050-7496.
  9. ^ Barrios, Elizabeth; Zhai, Lei (2020-12-14). "A review of the evolution of the nanostructure of SiCN and SiOC polymer derived ceramics and the impact on mechanical properties". Molecular Systems Design & Engineering. 5 (10): 1606–1641. doi:10.1039/D0ME00123F. ISSN 2058-9689.
  10. ^ a b Francis, A (2018-06-29). "Progress in polymer-derived functional silicon-based ceramic composites for biomedical and engineering applications". Materials Research Express. 5 (6): 062003. doi:10.1088/2053-1591/aacd28. ISSN 2053-1591.
  11. ^ "Molecule editable 3D printed polymer-derived ceramics". Coordination Chemistry Reviews. 422: 213486. 2020-11-01. doi:10.1016/j.ccr.2020.213486. ISSN 0010-8545.
  12. ^ Francis, Adel (2021). "Biological evaluation of preceramic organosilicon polymers for various healthcare and biomedical engineering applications: A review". Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 109 (5): 744–764. doi:10.1002/jbm.b.34740. ISSN 1552-4981.
  13. ^ Abdollahi, Sorosh; Paryab, Amirhosein; Khalilifard, Rashid; Anousheh, Mohsen; Malek Khachatourian, Adrine (March 2021). "The fabrication and characterization of bioactive Akermanite/Octacalcium phosphate glass-ceramic scaffolds produced via PDC method". Ceramics International. 47 (5): 6653–6662. doi:10.1016/j.ceramint.2020.11.003.