类型a：学术研究报告
作者及机构
本研究的通讯作者为南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室的Xianfu Chen（邮箱：chenxianfu@njtech.edu.cn），共同作者包括Ting Chen、Dongyu Wang、Qirui Cao、Hao Xiong和Yiqun Fan。研究团队来自南京工业大学（Nanjing Tech University）和苏州实验室（Suzhou Laboratory）。该研究于2023年10月25日在线发表于期刊《Ceramics International》第50卷（2024年出版），文章标题为《Optimizing photocuring properties of ceramic slurry for 3D printing of ceramic membranes》。
学术背景
本研究属于材料科学与化学工程交叉领域，聚焦光固化3D打印技术在陶瓷膜制备中的应用。陶瓷膜因其优异的分离效率、机械强度、耐腐蚀性和长寿命，成为工业分离技术的理想选择。然而，传统陶瓷膜制备工艺难以实现复杂结构的精确调控，而光固化3D打印技术（如立体光刻SLA和数字光处理DLP）可通过逐层固化高固含量、低黏度的陶瓷浆料（ceramic slurry）快速成型复杂结构。但陶瓷颗粒对紫外光的散射和吸收效应会显著影响浆料的光固化性能（如固化深度和精度），目前缺乏系统性研究。因此，本研究旨在通过优化光引发剂（photoinitiator）和添加剂（如三乙醇胺和柠檬黄）的配比，提升浆料的光固化特性，以满足3D打印陶瓷膜的工艺需求。
研究流程
1. 浆料制备与光固化性能测试
- 浆料组成：以丙烯酸酯光敏树脂（photocurable resin）为基体，添加光引发剂（TPO/819/369）、分散剂（丙烯酸嵌段共聚物）、α-Al₂O₃粉末（3 μm与300 nm粒径按7:3混合）及添加剂（三乙醇胺TEOA、柠檬黄tartrazine）。
- 光固化系统：采用掩膜固化实验装置（mask-curing system），通过405 nm波长LED光源，测试不同光强（18–147 mW/cm²）和曝光时间下的固化深度（curing depth, Cd）、固化宽度（curing width）及扩展深度（broadening depth, Db）。
- 关键参数分析：基于Beer-Lambert定律和Jacobs方程，量化临界能量（critical energy, Ed/Ew）和光固化灵敏度（sensitivity, Sd/Sw）。
光引发剂与添加剂优化
3D打印与陶瓷膜性能表征
主要结果
1. 光固化特性优化：TPO（0.1 wt%）+ TEOA（1.5 wt%）+ 柠檬黄（1.0 wt%）组合使扩展深度超过200 μm，满足打印层厚需求（图6, 8）。
2. 结构精度：烧结后膜表面粗糙度低（Ra<1.1 μm），孔结构呈单峰分布，通量高于同类陶瓷膜（图11c-d）。
3. 机械性能：生坯抗弯强度10 MPa，烧结后提升至63 MPa，展现良好强度与韧性（图9）。
结论与价值
本研究系统解析了陶瓷浆料光固化性能的影响机制，提出通过光引发剂和添加剂的协同调控实现高精度3D打印陶瓷膜。其科学价值在于建立了固化深度、扩展深度与光能量密度的定量关系（公式4-9），为浆料配方设计提供理论依据；应用价值体现在开发的浆料可适配低成本光固化打印机，推动陶瓷膜定制化制备。
研究亮点
1. 创新方法：首次引入扩展深度（Db）概念，量化固化精度与能力的平衡关系（图5b）。
2. 工艺优化：通过柠檬黄添加抑制光散射，实现高固含量（>60 wt%）浆料的低粗糙度（Ra<0.9 μm）打印。
3. 跨学科应用：将光化学理论与陶瓷成型工艺结合，为复杂结构陶瓷膜制备提供新思路。
其他价值
研究团队开发的浆料兼容市售低成本打印机，降低了技术门槛，且烧结后陶瓷膜的通量性能优于传统方法（如挤出成型），在工业分离领域具有潜在应用前景。