馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)與工程系胡良兵，莫一非、弗吉尼亞理工大學(xué)鄭小雨和加州大學(xué)圣迭戈分校駱建合作將具有26000年歷史的陶瓷制造工藝重新改造成一種創(chuàng)新的陶瓷材料制造方法，這種陶瓷材料在固態(tài)電池、燃料電池、3d打印技術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)論文以“A general method to synthesize andsinter bulk ceramics in seconds”為題，今日發(fā)表在《Science》上，并被選為封面論文，登上《Science》頭條滾動推廣。
陶瓷廣泛用于電池、電子產(chǎn)品和極端環(huán)境中，但是傳統(tǒng)的陶瓷燒結(jié)工藝通常需要數(shù)小時才能完成，而且品質(zhì)控制較差。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究人員發(fā)明了一種超快的高溫?zé)Y(jié)方法，既可以滿足現(xiàn)代陶瓷的需求，又可以促進(jìn)新材料的發(fā)現(xiàn)。
在制造電池固態(tài)電解質(zhì)過程中，采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝耗時漫長，需要給爐子加熱數(shù)小時，之后燒制數(shù)小時，才能完成陶瓷材料的“烘烤”。盡管開發(fā)出了微波輔助燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、快速燒結(jié)等代替工藝，由于材料特殊或者價格昂貴而受限。
聯(lián)合研究團(tuán)隊開發(fā)出超高速高溫?zé)Y(jié)新方法具有加熱速度快、冷卻速度快、溫度分布均勻、燒結(jié)溫度高達(dá)3000攝氏度等優(yōu)點。綜合起來，這些工藝所需的總處理時間不到10秒，比傳統(tǒng)的燒結(jié)爐方法快1000倍以上。
胡良兵表示：通過這項發(fā)明，首先將陶瓷前驅(qū)體粉末壓坯，之后夾在兩根碳條之間，通過碳條的輻射和傳導(dǎo)迅速加熱了陶瓷前驅(qū)體，創(chuàng)造了一個持續(xù)的高溫環(huán)境，迫使陶瓷粉末快速凝固。目前產(chǎn)生的溫度足夠高，基本上可以燒結(jié)任何陶瓷材料。這一專利工藝可以擴(kuò)展到陶瓷以外的其他膜。
Luo Jian表示：“超快高溫?zé)Y(jié)技術(shù)是超快燒結(jié)技術(shù)的一個突破，不僅因為它普遍適用于各種功能材料，同時這項技術(shù)可以通過保留或產(chǎn)生額外的缺陷，用于創(chuàng)造非平衡態(tài)材料”。
目前該技術(shù)由HighT-Tech LLC進(jìn)行商業(yè)化。Mo Yifei表示：這種新方法解決了計算和人工智能材料發(fā)現(xiàn)中的關(guān)鍵瓶頸問題，我們以前所未有的速度加快了材料發(fā)現(xiàn)的新范式。
Zheng Xiaoyu表示：我們很高興看到熱解時間從幾十小時縮短到幾秒，在快速燒結(jié)后，并保留了精細(xì)的3D打印結(jié)構(gòu)。
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