具有复杂几何形状的聚合物衍生陶瓷在环境科学与生物医学工程中展现了重要的应用潜力。然而，由于传统的树脂基陶瓷前驱体固有的脆性和刚性，实现跨越多个尺度的结构层次的陶瓷构件制造面临挑战，这限制了复杂陶瓷器件的精密制造。柔性聚合物陶瓷前驱体因其良好的变形能力，为构建大跨度结构的陶瓷提供了新的可能，但是当前的陶瓷前驱体往往缺乏足够的柔韧性和重构性。因此，开发适用于3D打印技术的新型柔性陶瓷前驱体对于制造无需支撑的大跨度复杂陶瓷器件至关重要。
最近，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室的3D打印摩擦器件组提出了一种使用3D打印柔性水凝胶前驱体制备复杂结构陶瓷的方法。他们开发了一种利用3D打印水凝胶柔性骨架来辅助形成高度几何复杂的、高精度及保持良好形状完整性的陶瓷的新策略。这种方法有效克服了传统陶瓷制造过程中脆性和刚性带来的形状复杂度不足以及尺寸收缩的问题，并在立体电路、生物医学和功能催化等多个领域显示出了潜在的应用价值。
该研究团队借鉴了折纸和剪纸的艺术形式，使用磷酸二氢铝溶胶作为水凝胶单体的分散介质，并将其与纳米陶瓷粉末混合制备出光敏性水凝胶陶瓷浆料。通过光固化3D打印技术，获得了拥有出色延展性、形状适应性和抗疲劳性的水凝胶柔性骨架。随后，通过脱水干燥、低温脱脂和高温烧结等步骤，成功实现了超低收缩、高产率和高保真度的悬空大跨度陶瓷结构。此柔性水凝胶基陶瓷前驱体的设计，使得从平面形状转变为三维立体结构成为可能，从而打破了传统硬质/脆性陶瓷前驱体制造复杂陶瓷结构的局限。
对于生活中常见的一些难以用传统光固化3D打印实现的大跨度悬空结构，科研人员通过将柔性二维水凝胶形状（如圆柱形、线条、弹簧和漩涡）进行挤压、编织、扭转和拉伸等一系列连续变形，最终重塑成具有多尺度和大跨度的复杂三维立体结构，例如灯笼、中国结、弹簧卷和螺旋结构等。
基于这一方法，研究者们成功制造了无需支撑的大跨度陶瓷三维电路，并证明其能够有效地点亮LED灯带。此外，利用水凝胶柔性骨架的变形特性，可以根据需要或个性化定制具有特定颅骨缺损形状的陶瓷结构，用于修复骨缺损区域。同时，结合表面改性技术，还可以设计和制造出具备卓越催化活性和稳定性的复杂结构催化陶瓷器件。这项研究成果展示了在三维电路、生物医学应用及功能性催化领域中的潜在广泛应用前景。
该研究成果以《由3D打印水凝胶前驱体制备的复杂结构陶瓷》（Sophisticated Structural Ceramics Shaped from 3D Printed Hydrogel Preceramic Skeleton）为题发表于《先进材料》杂志上。这项研究得到了包括国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项资金支持。
光固化3D打印水凝胶柔性前驱体辅助制造复杂陶瓷结构的方案
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