馬里蘭大學材料科學與工程系胡良兵，莫一非、弗吉尼亞理工大學鄭小雨和加州大學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打印技術等領域有著廣闊的應用前景。相關論文以“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)的陶瓷燒結工藝通常需要數(shù)小時才能完成，而且品質控制較差。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究人員發(fā)明了一種超快的高溫燒結方法，既可以滿足現(xiàn)代陶瓷的需求，又可以促進新材料的發(fā)現(xiàn)。
在制造電池固態(tài)電解質過程中，采用傳統(tǒng)的燒結工藝耗時漫長，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、放電等離子燒結、快速燒結等代替工藝，由于材料特殊或者價格昂貴而受限。
聯(lián)合研究團隊開發(fā)出超高速高溫燒結新方法具有加熱速度快、冷卻速度快、溫度分布均勻、燒結溫度高達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迅速加熱了陶瓷前驅體，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，基本上可以燒結任何陶瓷材料。這一專利工藝可以擴展到陶瓷以外的其他膜。
Luo Jian表示：“超快高溫燒結技術是超快燒結技術的一個突破，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”。
目前該技術由HighT-Tech LLC進行商業(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，在快速燒結后，并保留了精細的3D打印結構。
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