中國(guó)粉體網(wǎng)訊  由中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)材料學(xué)院教授李龍土等主編的《先進(jìn)陶瓷（英文）》，從一個(gè)毫不起眼的新刊一點(diǎn)點(diǎn)地發(fā)展壯大：2016年被SCIE收錄；2019年影響因子僅為2.889；此后三年連續(xù)闖過(guò)影響因子5.0、10.0和15.0“三道大關(guān)”，達(dá)到16.9，躍居全球陶瓷學(xué)科期刊首位。

下面，我們通過(guò)該期刊上的部分優(yōu)秀論文，一覽先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)。

高熵陶瓷：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望

高熵陶瓷（HEC）是無(wú)機(jī)化合物的固溶體，其具有一個(gè)或多個(gè)維科夫位置，由等或接近等原子比的多個(gè)主元素共享。盡管在嬰兒階段，這個(gè)新的材料家族的出現(xiàn)為材料設(shè)計(jì)和性能剪裁帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。與金屬不同，陶瓷晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的多樣性為通過(guò)能帶結(jié)構(gòu)工程和聲子工程進(jìn)行性能調(diào)控提供了巨大的空間。除了高熵合金已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)化、硬化和低熱導(dǎo)率外，還具有巨大的介電常數(shù)、超離子電導(dǎo)率、嚴(yán)重的各向異性熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)電磁波吸收等新特性，已經(jīng)在HEC中被發(fā)現(xiàn)。針對(duì)這一新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，HuiminXIANG等對(duì)高熵陶瓷的結(jié)構(gòu)特征、穩(wěn)定性和性能預(yù)測(cè)的理論方法、制備方法、新性能以及應(yīng)用前景等方面進(jìn)行了綜述。加工，表征和性能預(yù)測(cè)的挑戰(zhàn)也被強(qiáng)調(diào)。最后，給出了新材料探索、新工藝、基本理解、深入表征和數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)估的未來(lái)方向。

有機(jī)硅聚合物陶瓷的研究進(jìn)展

聚合物衍生陶瓷（PDCs）技術(shù)在先進(jìn)陶瓷的制備中顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。有機(jī)硅聚合物有利于成型過(guò)程，通過(guò)對(duì)有機(jī)硅聚合物進(jìn)行改性或添加填料，可以制備出成分可控的不同硅基陶瓷。值得注意的是，硅酸鹽陶瓷也可以由有機(jī)硅聚合物通過(guò)引入活性填料來(lái)制造，所述活性填料可以在熱解期間與所產(chǎn)生的二氧化硅反應(yīng)。有機(jī)硅聚合物基陶瓷材料具有許多獨(dú)特的性能，引起了各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。ShengyangFU等綜述了典型的有機(jī)硅聚合物及其制備硅基陶瓷的方法，重點(diǎn)介紹了三維（3D）打印成型技術(shù)在有機(jī)硅聚合物陶瓷制備中的應(yīng)用，為制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的硅基陶瓷提供了可能。重點(diǎn)介紹了近年來(lái)以有機(jī)硅聚合物為原料制備典型的非氧化物和硅酸鹽陶瓷的研究進(jìn)展及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

織構(gòu)結(jié)構(gòu)陶瓷的制備及其各向異性研究進(jìn)展

陶瓷材料通常由隨機(jī)取向的晶粒和晶間相組成，其性能是沿著各方向的統(tǒng)計(jì)平均值，表現(xiàn)出與均勻微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的各向同性。在陶瓷制備過(guò)程中，人們采用了一些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)晶粒的定向排列和擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而獲得具有各向異性的織構(gòu)陶瓷�？棙�(gòu)顯微結(jié)構(gòu)給予陶瓷在特定方向上的特殊性能，可以有效地拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。在ZhuoZHANG等的綜述中，典型的織構(gòu)化技術(shù)適用于陶瓷材料，如熱加工，磁取向，和模板晶粒生長(zhǎng)（TGG）。介紹了幾種典型的織構(gòu)結(jié)構(gòu)陶瓷，包括α-Al₂O₃及相關(guān)珍珠層仿生陶瓷、Si₃N₄和SiAlON、h-BN、MB₂基超高溫陶瓷、MAX相及其各向異性性能。

用于熱障應(yīng)用的高熵缺陷螢石結(jié)構(gòu)稀土氧化物和鉭酸鹽

稀土鉭酸鹽和鈮酸鹽（RE₃TaO₇和RE₃NbO₇）由于其超低的熱導(dǎo)率和比氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）更好的熱穩(wěn)定性而被認(rèn)為是下一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中有希望的候選熱障涂層（TBC）材料。然而，低的維氏硬度和韌性是RE₃TaO₇和RE₃NbO₇的主要缺點(diǎn)，限制了它們作為T(mén)BC材料的應(yīng)用。為了提高材料的硬度，設(shè)計(jì)并合成了高熵（Y_1/3Yb_1/3Er_1/3）₃TaO₇、（Y_1/3Yb_1/3Er_1/3）₃NbO₇和（Sm_1/6Eu_1/6Y_1/6Yb_1/6Lu_1/6Er_1/6）₃（Nb_1/2Ta_1/2）O₇。這些高熵陶瓷具有較高的維氏硬度（10.9-12.0GPa）、接近于單主成分RE₃TaO₇和RE₃NbO₇的熱膨脹系數(shù)（室溫下為7.9×10^-6~10.8×10^-6℃^-1）、良好的相穩(wěn)定性以及與熱生長(zhǎng)Al₂O₃良好的化學(xué)相容性，有望作為熱障涂層的候選材料。

羥基磷灰石生物陶瓷支架的增材制造：分散，數(shù)字光處理，燒結(jié)，機(jī)械性能和生物相容性

采用基于數(shù)字光處理（DLP）的增材制造技術(shù)制備羥基磷灰石（HA）生物陶瓷支架。討論了HA生物陶瓷支架的分散、DLP制備、燒結(jié)、力學(xué)性能和生物相容性等關(guān)鍵技術(shù)。ChengweiFENG等首先研究了分散劑用量、固相含量和燒結(jié)溫度對(duì)粉體性能的影響。最佳分散劑用量為2wt%，固相含量為50vol%，燒結(jié)溫度為1250℃。研究了HA生物陶瓷支架的力學(xué)性能和生物相容性。DLP制備的多孔HA生物陶瓷支架具有優(yōu)異的力學(xué)性能和降解性能。從這項(xiàng)研究中，DLP技術(shù)顯示了良好的潛力，制造HA生物陶瓷支架。

原位生成游離碳對(duì)聚合物SiC陶瓷電磁吸收性能的影響

為了提高聚合物基SiC陶瓷的介電性能，ZhaojuYU等采用烯丙基聚碳硅烷（AHPCS）與二乙烯基苯（DVB）反應(yīng)制備富碳SiC，制備了一種新型的單源前驅(qū)體。1600℃退火后，SiC陶瓷的游離碳含量由6.62wt%提高到44.67wt%。在900-1600℃退火后，所制備的富碳SiC陶瓷發(fā)生了由非晶向晶化的相分離，超細(xì)SiC納米晶和亂層碳網(wǎng)絡(luò)分散在非晶SiC（O）基體中。通過(guò)增加自由碳的結(jié)構(gòu)有序度和含量，可以顯著提高富碳SiC陶瓷的介電性能和電磁波吸收性能。在1600℃時(shí)，摻石蠟陶瓷在15.2GHz處的最小反射系數(shù)（RCmin）為-56.8dB，厚度為1.51mm，有效帶寬為4.43GHz，具有良好的電磁波吸收性能。富碳SiC陶瓷具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫、抗氧化和耐腐蝕性，被認(rèn)為是惡劣環(huán)境的電磁波吸收劑。

YAG：Ce，Mn紅色透明陶瓷在溫白光LED中的應(yīng)用

JunrongLING等采用固相反應(yīng)-真空燒結(jié)法制備了YAG：Ce，Mn系列透明陶瓷。系統(tǒng)研究了不同Mn²⁺-Si⁴⁺摻雜量對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、透過(guò)率和發(fā)光性能的影響。這些透明陶瓷的平均晶粒尺寸為10-16μm，晶界干凈，在800nm處的透射率高達(dá)83.4%。在460nm激發(fā)下，在533、590和745nm處出現(xiàn)三個(gè)明顯的發(fā)射峰，分別歸屬于Ce³⁺的5d→4f和Mn²⁺的4T1→6A1躍遷。因此，Mn²⁺-Si⁴⁺對(duì)可以通過(guò)補(bǔ)償寬的橙紅色和紅色光譜分量來(lái)有效地調(diào)制發(fā)射光譜，以產(chǎn)生高質(zhì)量的暖白色光。優(yōu)化后的YAG：Ce，Mn透明陶瓷與藍(lán)光LED芯片封裝后，相關(guān)色溫（CCT）低至3723K，發(fā)光效率（LE）高至96.54lm/W，有望應(yīng)用于白色發(fā)光二極管（WLED）產(chǎn)業(yè)。

（Mg_1/3Sb_2/3）⁴⁺摻雜對(duì)Ce₂Zr₃（MoO₄）₉陶瓷結(jié)構(gòu)和微波介電性能的影響

XuZHOU等采用傳統(tǒng)固相法制備了Ce₂[Zr_1-x（Mg_1/3Sb_2/3）_x]₃（MoO₄）₉（0.02≤x≤0.10）陶瓷。在700~850℃的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)，X射線(xiàn)衍射分析表明，樣品為單相，空間群為R3¯c。利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。通過(guò)執(zhí)行Rietveld細(xì)化方法，對(duì)這些樣品的晶體結(jié)構(gòu)細(xì)化進(jìn)行了詳細(xì)的研究。通過(guò)遠(yuǎn)紅外反射光譜計(jì)算和探索的本征性質(zhì)。利用Phillips-vanVechten-Levine（P-V-L）理論計(jì)算并分析了化學(xué)鍵參數(shù)與微波介電性能的關(guān)系。在725℃燒結(jié)6h，得到了介電性能優(yōu)異的Ce₂[Zr_0.94（Mg_1/3Sb_2/3）_0.06]₃（MoO₄）₉陶瓷（ε_r=10.37，Q×f=71,748GHz，τ_f=-13.6ppm/℃，εr為介電常數(shù)，Q×f為品質(zhì)因數(shù)，τf為諧振頻率溫度系數(shù)）。

反應(yīng)放電等離子燒結(jié)高熵硅化物

金屬硅化物作為一大類(lèi)材料，由于其優(yōu)異的高溫抗氧化性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性，在高溫抗氧化涂層、集成電路電極薄膜等功能材料方面得到了廣泛的研究。在這些硅化物中，最為人所知的可能是二硅化鉬（MoSi₂），它已被廣泛用作空氣中高達(dá)1800℃的電阻加熱元件，并在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)了數(shù)十年。通過(guò)合金化，MoSi₂基復(fù)合材料成為很有前途的高溫結(jié)構(gòu)件。YuanQIN等采用反應(yīng)放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，在1300℃燒結(jié)15min，成功制備出具有密排六方結(jié)構(gòu)的高熵硅化物（（Ti_0.2Zr_0.2Nb_0.2Mo_0.2W_0.2）Si₂）。還測(cè)量了所獲得的（Ti_0.2Zr_0.2Nb_0.2Mo_0.2W_0.2）Si₂的楊氏模量、泊松比和維氏硬度。

銀納米粒子分散BaTiO₃復(fù)合薄膜光催化活性的增強(qiáng)：電荷轉(zhuǎn)移的作用

表面等離子體共振（SPR）效應(yīng)可以增強(qiáng)光吸收和光催化活性，但分散的貴金屬納米顆粒（NPs）與半導(dǎo)體基體之間的電荷轉(zhuǎn)移（CT）機(jī)制一直被忽略。SuweiZHANG等通過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜和光致發(fā)光譜，對(duì)Ag納米粒子分散的BaTiO₃（Ag/BTO）復(fù)合薄膜在紫外光下和可見(jiàn)光下Ag納米粒子對(duì)BTO的捕獲作用提供了直接而有力的證據(jù)。由于AgNPs到BTO的光吸收和有效的CT，Ag₂₅/BTO薄膜在可見(jiàn)光照射下而不是在UV-Vis光照射下表現(xiàn)出最佳的光催化活性。該工作提供了一個(gè)有益的見(jiàn)解，設(shè)計(jì)高效的等離子體光催化劑，通過(guò)考慮金屬和半導(dǎo)體之間的CT增強(qiáng)光催化活性的協(xié)同作用。

新型Al2O3基聚空心微球（PHM）陶瓷的相演變與性能

Jia-MinWU等以Si₃N₄和Al₂O₃為造孔劑制備了新型Al₂O₃基聚合物空心微球（PHM）陶瓷。研究了Si₃N₄和Al₂O₃兩種不同含量的PHM對(duì)Al₂O₃基PHM陶瓷性能的影響。通過(guò)調(diào)整Al₂O₃基PHM的含量，獲得了性能增強(qiáng)的Al₂O₃基PHM陶瓷。X射線(xiàn)衍射（XRD）結(jié)果表明，隨著Al₂O₃含量從10%增加到100%，Al₂O₃基PHM陶瓷的主相由β-SiAlON（z值從2.9增加到4）向Al₂O₃轉(zhuǎn)變。不同的相組成導(dǎo)致Al₂O₃基PHM陶瓷的性能不同。隨著Al₂O₃含量的增加，多孔氧化鋁基PHM陶瓷的氣孔率逐漸減小，收縮率、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性先減小后增大。以不同種類(lèi)的陶瓷PHMs為造孔劑，通過(guò)優(yōu)化PHMs的配比，可以制備出各種新型、高性能的多孔陶瓷。

用于熱障涂層材料的低熱導(dǎo)率高熵?zé)峤馕?/span>

FeiLI等采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法成功制備了稀土鋯酸鹽高熵輝石型結(jié)構(gòu)。使用六種稀土氧化物（La₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃和Y₂O₃）和ZrO₂作為原料粉末。將等摩爾比的六種稀土氧化物中的五種與ZrO2混合，在不同溫度下燒結(jié)，研究反應(yīng)過(guò)程。結(jié)果表明，在1000℃加熱后，形成了高熵的高溫超導(dǎo)體（5RE_1/5）₂Zr₂O₇。（5RE_1/5）₂Zr₂O₇具有高的抗燒結(jié)性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。在300-1200℃溫度范圍內(nèi)，（5RE_1/5）₂Zr₂O₇高熵陶瓷的熱導(dǎo)率均小于1W·m-1·K^-1。（5RE_1/5）₂Zr₂O₇是一種很有潛力的熱障涂層材料。

高堅(jiān)韌7YSZ片晶的熱噴涂外延生長(zhǎng)與開(kāi)裂

熱噴涂涂層本質(zhì)上是層狀材料，含有大量的層狀孔隙。因此，有必要對(duì)影響涂層性能的層狀孔隙的形成機(jī)理進(jìn)行研究。LinCHEN等在研究中闡述了層狀孔的形成機(jī)制，氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（ZrO₂-7重量%的Y₂O₃，7YSZ）的飛濺，具有高的斷裂韌性和四方相穩(wěn)定性。有趣的是，異常的外延生長(zhǎng)發(fā)生在所有的沉積溫度，盡管非常高的冷卻速率，這清楚地表明化學(xué)鍵合和完整的接觸在濺射冷卻前的濺射/基板界面。然而，盡管7YSZ的斷裂韌性高，但在所有沉積溫度下都發(fā)生了橫向開(kāi)裂，這表明片層孔是由于在急冷過(guò)程中的大應(yīng)力引起的橫向開(kāi)裂/開(kāi)裂。此外，進(jìn)行斷裂力學(xué)分析，它被發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力產(chǎn)生的約束效應(yīng)的收縮的飛濺由局部加熱基板的值約為1.97GPa。這清楚地表明，應(yīng)力確實(shí)足夠大，以在片狀冷卻期間驅(qū)動(dòng)橫向開(kāi)裂/剝落形成層狀孔。所有這些都有助于理解層狀結(jié)合的基本特征，并進(jìn)一步定制涂層的結(jié)構(gòu)和性能。

熱障涂層局部剝落損傷的綜合評(píng)價(jià)

熱障涂層（TBC）由于其對(duì)基底金屬部件的熱障作用而使熱截面部件能夠在高溫下工作。然而，在長(zhǎng)時(shí)間的熱暴露或熱循環(huán)后，陶瓷頂涂層中可能發(fā)生局部濺射。為了全面了解面漆對(duì)整體熱段零件的損傷情況，Wei-WeiZHANG等研究了噴涂層直徑和傾斜角度對(duì)基體和面漆溫度分布的影響。結(jié)果表明，涂層直徑和傾斜角度對(duì)涂層和基體的溫度分布都有顯著影響。在襯底的情況下，最大溫度增量位于空間中心。同時(shí)，表面（深度）最大溫升隨孔徑的增大而增大，與傾角無(wú)關(guān)。而在表面涂層的情況下，最大溫度增量出現(xiàn)在噴涂區(qū)域的尖角處，且表面（深度）最大溫度增量隨噴涂直徑和傾角的增大而增大�；�于局部剝落對(duì)涂層和基體溫度分布的影響，可以評(píng)價(jià)剝落區(qū)對(duì)熱障涂層熱性能的損傷效應(yīng)。

鋰離子電池鈦基納米復(fù)合負(fù)極材料的研究進(jìn)展

高能量密度負(fù)極材料的研究是下一代鋰離子電池電化學(xué)儲(chǔ)能裝置廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。鈦基化合物作為負(fù)極材料具有優(yōu)異的高倍率容量和循環(huán)穩(wěn)定性，且安全性?xún)?yōu)于石墨。然而，鈦基材料仍然存在容量低的問(wèn)題，這在很大程度上限制了其商業(yè)化應(yīng)用。ShitongWANG等概述了鈦基陽(yáng)極材料在LIBs的最新發(fā)展，并特別強(qiáng)調(diào)的是通過(guò)合理設(shè)計(jì)的混合納米復(fù)合材料與轉(zhuǎn)換/合金型陽(yáng)極的容量提高。這一綜述有望為設(shè)計(jì)新型鈦基儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換材料提供指導(dǎo)。

二維碳化物MXene的二氧化碳吸附

BingxinWANG等在氟化鈉（NaF）和鹽酸（HCl）溶液中剝離MAX相（Ti₃AlC₂和V₂AlC）粉末制備二維碳化物MXex（Ti₃C₂T_x和V₂CT_x）。所制備的Ti3C2Tx的比表面積（SSA）為21m²/g，并且V2CTx的比表面積（SSA）為9m₂/g。在用二甲亞砜插層之后，Ti₃C₂T_x的SSA增加到66m²/g；V₂CT_x的SSA增加到19m²/g。在室溫（298K）0-4MPa下考察了它們對(duì)CO₂的吸附性能。插層Ti₃C₂T_x的吸附容量為5.79mmol/g，接近許多常見(jiàn)吸附劑的容量。當(dāng)SSA為496m²/g時(shí)，Ti₃C₂T_x的理論容量達(dá)到44.2mmol/g。此外，由于高填充密度，MXene具有非常高的體積吸收能力。本文測(cè)得插層Ti₃C₂T_x的比容量為502V·v-1。該值已經(jīng)高于大多數(shù)已知吸附劑的體積容量。這些結(jié)果表明，MXene具有作為新型CO₂捕集材料的一些優(yōu)勢(shì)。

A₂B₂O₇系透明陶瓷的研究進(jìn)展

A₂B₂O₇系統(tǒng)化合物通常呈現(xiàn)三相結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征主要取決于rA和rB的離子半徑比（rA/rB），在熱障涂層、發(fā)光粉末、快離子導(dǎo)體、光催化劑和高活性放射性核素固定基質(zhì)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。自2005年以來(lái)，La₂Hf₂O₇被制備成透明陶瓷，而A₂B₂O₇透明陶瓷的新應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。ZhengjuanWANG等綜述了A₂B₂O₇系透明陶瓷的研究進(jìn)展。綜述了A₂B₂O₇透明陶瓷的結(jié)構(gòu)特征、粉體合成方法和燒結(jié)工藝。然后系統(tǒng)地介紹了目前報(bào)道較多的A₂Hf₂O₇、A₂Zr₂O₇、A₂Ti₂O₇系透明陶瓷。討論了發(fā)光材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)介紹了發(fā)光材料、光學(xué)元件和其他發(fā)光材料。

SiC基材料（整體SiC和SiCf/SiC復(fù)合材料）連接的最新進(jìn)展：連接工藝、連接強(qiáng)度和界面行為

碳化硅（SiC）材料具有密度低、抗熱震性好、耐高溫氧化、耐輻射等優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和物理性能，已被廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍工、核電等領(lǐng)域。SiC基材料（整體SiC和SiCf/SiC復(fù)合材料）的連接可以在一定程度上解決因其固有脆性大、沖擊韌性低而導(dǎo)致的加工性能差、大型復(fù)雜形狀構(gòu)件難以制造的問(wèn)題。GuiwuLIU等從SiC基材料、陶瓷連接和接頭強(qiáng)度表征等方面介紹了SiC基材料的連接方法，并將其分為無(wú)中間層、金屬中間層、玻璃陶瓷中間層和有機(jī)中間層4類(lèi)。特別是，連接過(guò)程（涉及連接技術(shù)和參數(shù)條件），接頭強(qiáng)度，界面微觀結(jié)構(gòu)，和/或反應(yīng)產(chǎn)物突出的界面行為的理解和支持面向應(yīng)用的連接技術(shù)的發(fā)展。

（編者注：以上圖片皆來(lái)自《先進(jìn)陶瓷（英文）》，如需閱讀原文，請(qǐng)到《先進(jìn)陶瓷（英文）》官方網(wǎng)站查閱）

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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