中國粉體網(wǎng)訊  由中國工程院院士、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。

高熵陶瓷：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望

高熵陶瓷（HEC）是無機(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)和性能剪裁帶來了新的機(jī)會。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)。針對這一新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，HuiminXIANG等對高熵陶瓷的結(jié)構(gòu)特征、穩(wěn)定性和性能預(yù)測的理論方法、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)庫評估的未來方向。

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。有機(jī)硅聚合物有利于成型過程，通過對有機(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)硅聚合物通過引入活性填料來制造，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)相對應(yīng)的各向同性。在陶瓷制備過程中，人們采用了一些方法來實(shí)現(xiàn)晶粒的定向排列和擇優(yōu)生長，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（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TBC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⁺摻雜量對薄膜結(jié)構(gòu)、透過率和發(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⁺對可以通過補(bǔ)償寬的橙紅色和紅色光譜分量來有效地調(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）對樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。通過執(zhí)行Rietveld細(xì)化方法，對這些樣品的晶體結(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X射線光電子能譜和光致發(fā)光譜，對Ag納米粒子分散的BaTiO₃（Ag/BTO）復(fù)合薄膜在紫外光下和可見光下Ag納米粒子對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)有益的見解，設(shè)計(jì)高效的等離子體光催化劑，通過考慮金屬和半導(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Al₂O₃基PHM陶瓷性能的影響。通過調(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。以不同種類的陶瓷PHMs為造孔劑，通過優(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與開裂

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)生了橫向開裂，這表明片層孔是由于在急冷過程中的大應(yīng)力引起的橫向開裂/開裂。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)動橫向開裂/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價(jià)

熱障涂層（TBC）由于其對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�；�于局部剝落對涂層和基體溫度分布的影響，可以評價(jià)剝落區(qū)對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，且安全性優(yōu)于石墨。然而，鈦基材料仍然存在容量低的問題，這在很大程度上限制了其商業(yè)化應(yīng)用。ShitongWANG等概述了鈦基陽極材料在LIBs的最新發(fā)展，并特別強(qiáng)調(diào)的是通過合理設(shè)計(jì)的混合納米復(fù)合材料與轉(zhuǎn)換/合金型陽極的容量提高。這一綜述有望為設(shè)計(jì)新型鈦基儲能和轉(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。

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，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)域和未來發(fā)展趨勢，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，并將其分為無中間層、金屬中間層、玻璃陶瓷中間層和有機(jī)中間層4類。特別是，連接過程（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：以上圖片皆來自《先進(jìn)陶瓷（英文）》，如需閱讀原文，請到《先進(jìn)陶瓷（英文）》官方網(wǎng)站查閱）

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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