中国粉体网讯 中国建筑材料联合会开展了“2024全球建材十大科技新闻”评选活动。该评选涵盖建筑材料和无机非金属材料领域的基础理论研究、新材料、新工艺、新技术、节能减排、绿色低碳以及重大工程应用等方面的原创性突破、创新性研究成果和重大科技项目进展。
其中，有3项先进陶瓷相关的技术进展入选。
01.塑料废弃物“变身”为高纯碳化硅
随着塑料工业的迅猛发展，塑料废弃物剧增，由此也带来了一系列社会和环境问题。世界各国每年都不断累积性出现大量废旧塑料，从而给社会带来巨大的环境压力。塑料废弃物中含有大量的碳元素，以其为前驱体可以制备出高性能的新材料，例如碳化硅。
碳化硅材料具有超硬、耐磨、高热导率、高强度、低热膨胀系数、优异的热稳定性、低密度、高比刚度、无磁性等特点。这些优异的性能使其广泛用于航天、航空、国防、汽车、化工、核能、IC集成电路高端装备制造行业等领域。
通过FCR将FRP升级为碳化硅，图片来源：《自然-可持续发展》杂志
2024年2月29日，《自然-可持续发展》杂志报道了一种无溶剂、高效率的闪蒸碳热还原再造方法。该方法由莱斯大学JamesM.Tour教授联合科尔万大学赵玉峰教授研究提出，可将不同纤维增强塑料的混合物超快转化为碳化硅，转化率大于90%。通过调整操作条件，可选择性地合成具有高纯度的3C-SiC和6H-SiC两种不同相的碳化硅。利用该技术制备的碳化硅粉末成本低至0.047美元/千克，分别为溶解法和焚烧法的0.2%和3.4%。
02.清华大学提出一种片式多层陶瓷电容器高熵设计思路及方法
现代社会人们对电子设备的需求越来越大，从而也使得电子元器件的小型化、高性能、高可靠性和低功耗得到了快速发展。其中，多层陶瓷电容器（MLCC）是非常重要的无源器件。
为了进一步取得MLCC性能的突破，满足社会不断发展的需求，大量科研人员专注于对新材料的研究，其中，“高熵”概念脱颖而出，这种异于传统材料设计范式的理念在储能领域获得广泛关注。高熵陶瓷中元素高度混乱会带来一些特殊性能，包括动力学上的迟滞效应，结构畸变效应，热力学上的相稳定，鸡尾酒效应等。结构畸变效应有利于改善陶瓷的铁电性，降低剩余极化强度，提高击穿场强。
多态弛豫相（PRP）超高能量存储高熵设计策略示意图图片来源：《科学》杂志
2024年4月11日，《科学》杂志报道了清华大学林元华团队提出的一种钛酸钡（BaTiO3）基无铅多态弛豫相片式多层陶瓷电容器的高熵设计思路及方法，该思路及方法通过降低磁畴翻转势垒有效减小了滞回损耗，调控晶格畸变和晶粒细化的高原子无序性，从而提高了制备的MLCC器件的击穿强度。研究团队实验室环境下制备出高能量密度达到20.8J/cm2、能量存储效率达到97.5%的MLCC。该手段及方法适用于其他储能和其他相关功能的高性能电介质材料制备。
03.将陶瓷拉伸形变率提升至39.9%！
先进陶瓷材料由于其低密度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能在诸多战略领域中有着重要应用。然而，陶瓷的本征脆性问题直接导致了其在服役过程中可靠性差，严重制约了陶瓷材料的进一步发展和应用。陶瓷脆性的本质主要由化学键性质和晶体结构所决定，在陶瓷中缺少独立的滑移系，材料一旦处于受力状态就难以通过滑移所引起的塑性形变来松弛应力。一直以来，增韧和增塑是陶瓷材料领域的关键问题和前沿技术，也是难度最大、最具挑战性的课题之一。
Mo-La2O3有序结合界面结构以及第一性原理计算结果，证明有序界面是化学键结合且晶面连续图片来源：《科学》杂志
2024年7月26日，《科学》杂志报道了北京科技大学和甬江实验室陈克新教授、北京工业大学王金淑教授以及香港大学黄明欣教授科研团队首创性地提出的一种“借位错”从而实现陶瓷塑性拉伸的策略。该策略是通过在钼金属与氧化镧陶瓷之间构建一种有序结合界面，显著降低金属位错“传递”进陶瓷内部所需的能量，从而使陶瓷可以不断向金属“借”位错，实现在室温下陶瓷内位错的大量构建和滑移，且在相同变形量后陶瓷内位错密度与金属内位错密度值相当，最终赋予陶瓷类似金属一样的拉伸塑性。通过上述手段，该团队世界首次实现陶瓷的室温拉伸塑性，陶瓷拉伸延伸率可达39.9%，抗拉强度约为2.3GPa。
参考来源：中国建筑材料联合会
（中国粉体网/山川）
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