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化為碳化硅，轉化率大于90%。通過調整操作條件，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，結構畸變效應，熱力學上的相穩(wěn)定，雞尾酒效應等。結構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勢壘有效減小了滯回損耗，調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。陶瓷脆性的本質主要由化學鍵性質和晶體結構所決定，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有序結合界面結構以及第一性原理計算結果，證明有序界面是化學鍵結合且晶面連續(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建一種有序結合界面，顯著降低金屬位錯“傳遞”進陶瓷內部所需的能量，從而使陶瓷可以不斷向金屬“借”位錯，實現(xiàn)在室溫下陶瓷內位錯的大量構建和滑移，且在相同變形量后陶瓷內位錯密度與金屬內位錯密度值相當，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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