陶瓷，每個人都不陌生。古老而傳統，動輒上千度的燒結溫度，費時耗力。最新研究表明，最高只需200度就能製成陶瓷啦，更重要的是用時之短，堪比做披薩！你能相信嗎？這是天方夜譚，還是科技魔力？想要了解詳情，請走進本文！
一種叫做冷燒結的新技術不但提高了不相容材料（例如陶瓷、塑料）與新型複合材料相結合的能力，而且很大程度上降低了工業製造成本。
陶瓷是人類已知最古老的材料，甚至可以追溯到數萬年前。那時候幾乎所有的制陶瓷方法，無論是窯燒還是爐燒，升到高溫都需要消耗大量能量。
賓夕法尼亞州的教授Clive Randall和他的團隊正在研究冷燒結工藝。他說：「在如今這個時代，我們必須考慮二氧化碳預算，能源預算，重新思考許多的製造工藝（包括陶瓷），這一切變得至關重要。」
「這不僅是個低溫過程（燒結爐溫度上限只有200攝氏度），而且我們可以在15分鐘內就把一些材料緻密化到理論密度的95%以上。值得一提的是，我們可以在低溫下就燒結出陶瓷，而且比做一份披薩的用時還少。」
最近發表在Advanced Functional Materials上的一篇文章中，Randall和其合著者描述了使用CSP（冷燒結工藝）的陶瓷和熱塑性聚合物複合材料的共燒結。
三種聚合物被選來補充三種陶瓷的性能（微波電介質、電解質和半導體），以用來突出應用材料的多樣性。這些材料為介電性能設計、離子和電子電導率設計提供了新的可能性。在120攝氏度的條件下，這些複合材料僅需15到60分鐘就可以燒成高密度狀態。
據研究人員介紹，冷燒結有一個過程是用幾滴水或酸溶液潤溼陶瓷粉末。固體表面的顆粒分解，其中一部分融入水中在顆粒與顆粒界面形成液相。提高溫度和施加壓力會引起水流動，並導致固態顆粒在初始緻密化過程中重新排列。
接下來是第二步，原子團和離子團遠離粒子相連的地方，協助擴散，最大程度的減小表面自由能，使粒子緊密的結合在一起。關鍵之處是知道反應速率所需的水分、壓力、熱和時間的精確組合，這樣材料才會結晶並高度緻密化。
Randall說：「我認為冷燒結是不同挑戰的連續體。在某些容易的系統，你不需要加壓；但是在其他系統，你就需要加壓。在某些系統，你需要用到納米粒子，而在其他系統，你可能獲得混合納米粒子和更大的粒子。這一切真的完全取決於我們在談論的系統和化學反應。」
這個團隊已經開始構建一個技術庫，主要是介紹在不同的材料系統使用CSP需要的精確參數，以及至今為止驗證的50個工藝，包括陶瓷-陶瓷複合材料，陶瓷-納米顆粒複合材料，陶瓷-金屬複合材料，以及文中提到的陶瓷-聚合物複合材料。
其他已經開放探索的CSP領域包括建築材料，例如陶瓷磚，保溫材料，醫學移植物以及很多類型的電子元件。
Randall總結說：「我希望可以從聚合物製造中學習，反思許許多多已經存在的製造工藝，然後讓它們也能使用這個過程。」
原文連結：Cold sintering ceramics takes less time than a pizza。
文獻連結：Cold Sintering Process of Composites: Bridging the Processing Temperature Gap of Ceramic and Polymer Materials。（見下方「閱讀原文」）
本文由編輯部劉萬春提供素材，張雨編譯，劉宇龍審核，點擊下方「閱讀原文」進入材料牛報名加入編輯部。
微信號：cailiaoniu
長按二維碼訂閱材料牛了解更多科技知識