《Materials Chemistry and Physics》：Effect of photoinitiator on the degree of conversion of green body and the crystallization of sintered silica glass
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本研究探究光引发剂TPO含量对绿色体制备转化率及烧结后硅胶结晶的影响。结果表明，TPO含量在0.09wt%以下时转化率随TPO增加而提升，但超过该值时转化率下降。ICP-MS检测显示烧结体中磷浓度随TPO增加而升高，当磷浓度达63ppm时出现结晶，表明磷掺入可能促进结晶，从而为制备高透明度硅胶提供依据。
田中彩（Ayumu Tanaka）| 藤野茂（Shigeru Fujino）
九州大学跨学科工程科学研究生院，日本福冈县春日市春日公园6-1，邮编816-8580
摘要
本研究探讨了光引发剂二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)膦氧化物（TPO）的含量对通过光聚合制备的烧结硅玻璃的生坯转化率（DC）和结晶度的影响。随着TPO含量的增加，生坯的转化率升高，但当硅浆中的TPO含量超过0.09%时，转化率下降。ICP-MS测量结果显示烧结硅玻璃中含有磷元素，且其浓度随TPO含量的增加而增加。磷浓度为11 ppm和25 ppm的样品仍保持非晶态，而在63 ppm时观察到结晶现象。这些结果表明，磷的引入可能有助于烧结过程中硅玻璃的结晶。
引言
粉末烧结是一种制造高熔点陶瓷产品的重要技术，也被研究用于硅玻璃的制备[1,2]。与传统的熔炼方法（通常需要2000–2300°C的温度）相比，这种方法能够在较低温度下实现硅玻璃的制备。此外，基于光聚合的方法对于制备形状复杂的硅玻璃尤为重要[3]。在此过程中，首先将硅颗粒分散在光固化单体和光引发剂的混合物中，然后通过紫外线（UV）照射进行固化，形成生坯。随后对生坯进行脱气并烧结以获得透明硅玻璃。为了获得透明硅玻璃，确保硅颗粒在浆液中的良好分散至关重要。在之前的研究中，我们基于溶解度参数（SP）评估了硅颗粒在丙烯酸单体中的分散行为，并发现单体与硅颗粒之间的SP值差异（ΔSP）较小时分散效果更好[4]。使用ΔSP较小的4-羟基丁基丙烯酸酯（4HBA）成功制备了透明硅玻璃。然而，光引发剂二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)膦氧化物（TPO）的含量对转化率（DC）的影响尚未得到充分研究。此外，有报道称增加TPO含量可以诱导烧结体的结晶，且TPO中的磷元素可能对此现象有所贡献[5]，但具体机制尚未明确，烧结硅玻璃中的磷浓度与结晶度之间的关系也未进行定量分析。本研究旨在探讨TPO含量对生坯转化率和烧结硅玻璃结晶度的影响，以期制备透明硅玻璃。
材料与方法
将二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)膦氧化物（TPO，Omnirad TPO H，IGM Resins）溶解在4-羟基丁基丙烯酸酯（4HBA，东京化学工业有限公司）中制备溶液。4HBA与TPO的质量比为（100?X）:X，其中X = 0.1、0.5、1.0或2.0。随后向混合物中加入82%的硅颗粒（平均直径：1.6 μm，Admatechs）。使用行星式离心真空混合器（ARV-310，Thinky）以2000 rpm的速度搅拌混合物两次，每次2分钟。
结果与讨论
图2(a和b)显示了不同TPO含量下生坯横截面的转化率随UV照射时间的变化情况，详细数值见表S1。无论TPO含量如何，转化率均随照射时间的增加而升高。对于TPO含量为X = 0.1、1.0和2.0的情况，7秒后（UV剂量 = 385 mJ/cm2）转化率趋于稳定（见图2a）。比较在10秒照射（UV剂量 = 550 mJ/cm2）下制备的生坯的转化率发现，转化率随TPO含量的增加而升高。
结论
本研究探讨了TPO作为光引发剂对生坯转化率和烧结硅玻璃结晶度的影响。当TPO含量从X = 0.1增加到0.5时，转化率升高；但当TPO含量为1.0和2.0时，由于光引发剂过量，转化率反而降低。对于TPO含量为0.5和1.0的情况，获得了无裂纹的透明烧结硅玻璃，此时生坯的转化率超过90%。相比之下，TPO含量为0.1的烧结玻璃中出现了裂纹。
作者贡献声明
田中彩：撰写初稿、数据可视化、实验研究。藤野茂：审稿与编辑、项目监督、资金筹措、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究部分得到了“九州及冲绳地区创业生态系统平台（PARKS）”2025–2026年资助计划的支持。
