中國粉體網(wǎng)訊 中國建筑材料聯(lián)合會開展了“2024全球建材十大科技新聞”評選活動。該評選涵蓋建筑材料和無機非金屬材料領域的基礎理論研究、新材料、新工藝、新技術、節(jié)能減排、綠色低碳以及重大工程應用等方面的原創(chuàng)性突破、創(chuàng)新性研究成果和重大科技項目進展。
其中，有3項先進陶瓷相關的技術進展入選。
01.塑料廢棄物“變身”為高純碳化硅
隨著塑料工業(yè)的迅猛發(fā)展，塑料廢棄物劇增，由此也帶來了一系列社會和環(huán)境問題。世界各國每年都不斷累積性出現(xiàn)大量廢舊塑料，從而給社會帶來巨大的環(huán)境壓力。塑料廢棄物中含有大量的碳元素，以其為前驅(qū)體可以制備出高性能的新材料，例如碳化硅。
碳化硅材料具有超硬、耐磨、高熱導率、高強度、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、低密度、高比剛度、無磁性等特點。這些優(yōu)異的性能使其廣泛用于航天、航空、國防、汽車、化工、核能、IC集成電路高端裝備制造行業(yè)等領域。
通過FCR將FRP升級為碳化硅，圖片來源：《自然-可持續(xù)發(fā)展》雜志
2024年2月29日，《自然-可持續(xù)發(fā)展》雜志報道了一種無溶劑、高效率的閃蒸碳熱還原再造方法。該方法由萊斯大學JamesM.Tour教授聯(lián)合科爾萬大學趙玉峰教授研究提出，可將不同纖維增強塑料的混合物超快轉(zhuǎn)化為碳化硅，轉(zhuǎn)化率大于90%。通過調(diào)整操作條件，可選擇性地合成具有高純度的3C-SiC和6H-SiC兩種不同相的碳化硅。利用該技術制備的碳化硅粉末成本低至0.047美元/千克，分別為溶解法和焚燒法的0.2%和3.4%。
02.清華大學提出一種片式多層陶瓷電容器高熵設計思路及方法
現(xiàn)代社會人們對電子設備的需求越來越大，從而也使得電子元器件的小型化、高性能、高可靠性和低功耗得到了快速發(fā)展。其中，多層陶瓷電容器（MLCC）是非常重要的無源器件。
為了進一步取得MLCC性能的突破，滿足社會不斷發(fā)展的需求，大量科研人員專注于對新材料的研究，其中，“高熵”概念脫穎而出，這種異于傳統(tǒng)材料設計范式的理念在儲能領域獲得廣泛關注。高熵陶瓷中元素高度混亂會帶來一些特殊性能，包括動力學上的遲滯效應，結(jié)構(gòu)畸變效應，熱力學上的相穩(wěn)定，雞尾酒效應等。結(jié)構(gòu)畸變效應有利于改善陶瓷的鐵電性，降低剩余極化強度，提高擊穿場強。
多態(tài)弛豫相（PRP）超高能量存儲高熵設計策略示意圖圖片來源：《科學》雜志
2024年4月11日，《科學》雜志報道了清華大學林元華團隊提出的一種鈦酸鋇（BaTiO3）基無鉛多態(tài)弛豫相片式多層陶瓷電容器的高熵設計思路及方法，該思路及方法通過降低磁疇翻轉(zhuǎn)勢壘有效減小了滯回損耗，調(diào)控晶格畸變和晶粒細化的高原子無序性，從而提高了制備的MLCC器件的擊穿強度。研究團隊實驗室環(huán)境下制備出高能量密度達到20.8J/cm2、能量存儲效率達到97.5%的MLCC。該手段及方法適用于其他儲能和其他相關功能的高性能電介質(zhì)材料制備。
03.將陶瓷拉伸形變率提升至39.9%！
先進陶瓷材料由于其低密度、高強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能在諸多戰(zhàn)略領域中有著重要應用。然而，陶瓷的本征脆性問題直接導致了其在服役過程中可靠性差，嚴重制約了陶瓷材料的進一步發(fā)展和應用。陶瓷脆性的本質(zhì)主要由化學鍵性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)所決定，在陶瓷中缺少獨立的滑移系，材料一旦處于受力狀態(tài)就難以通過滑移所引起的塑性形變來松弛應力。一直以來，增韌和增塑是陶瓷材料領域的關鍵問題和前沿技術，也是難度最大、最具挑戰(zhàn)性的課題之一。
Mo-La2O3有序結(jié)合界面結(jié)構(gòu)以及第一性原理計算結(jié)果，證明有序界面是化學鍵結(jié)合且晶面連續(xù)圖片來源：《科學》雜志
2024年7月26日，《科學》雜志報道了北京科技大學和甬江實驗室陳克新教授、北京工業(yè)大學王金淑教授以及香港大學黃明欣教授科研團隊首創(chuàng)性地提出的一種“借位錯”從而實現(xiàn)陶瓷塑性拉伸的策略。該策略是通過在鉬金屬與氧化鑭陶瓷之間構(gòu)建一種有序結(jié)合界面，顯著降低金屬位錯“傳遞”進陶瓷內(nèi)部所需的能量，從而使陶瓷可以不斷向金屬“借”位錯，實現(xiàn)在室溫下陶瓷內(nèi)位錯的大量構(gòu)建和滑移，且在相同變形量后陶瓷內(nèi)位錯密度與金屬內(nèi)位錯密度值相當，最終賦予陶瓷類似金屬一樣的拉伸塑性。通過上述手段，該團隊世界首次實現(xiàn)陶瓷的室溫拉伸塑性，陶瓷拉伸延伸率可達39.9%，抗拉強度約為2.3GPa。
參考來源：中國建筑材料聯(lián)合會
（中國粉體網(wǎng)/山川）
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