《Science》May 1 封面圖（來源：官方）
鈦媒體5月1日消息，美國馬蘭學帕克分校的科研團隊聯合美國加州學發布最新研究成果，他們利用在惰性氣氛中輻射加熱，採用大數據計算方式，開發了一種超快高溫燒結(UHS)工藝方法，10秒合成，最多需要1分鐘時間加熱，就可輕鬆完成燒結陶瓷過程，從而製備陶瓷材料，形成固態樣品。
據悉，該研究成果剛剛發表在知名科學期刊《Science》（科學）雜誌封面上。
本論文通訊作者，馬裡蘭大學傑出講席教授，材料創新中心的主任胡良兵（Liangbing Hu）教授通過郵件方式對鈦媒體App表示，這一新的研究成果，是將傳統工藝與大數據計算結果相結合，實現了高功能材料快速篩選過程，加速陶瓷材料領域發展進程。
馬裡蘭大學的胡良兵教授（受訪者提供）
陶瓷是以天然粘土以及各種天然礦物為主要原料，經過粉碎混煉、成型和燒制過程才得到的。由於其出色的外觀和化學穩定性，陶瓷被廣泛應用於各種場景中。
而在製造陶瓷的過程中，燒結工藝是最耗時間，也是最難的流程之一。
經過成型之後的陶瓷製品，坯體表面仍具有「表面能」（註：「表面能」指的是創造物質表面時，破壞分子間作用力所需消耗的能量）較高的粉粒。工人利用燒結方式，實際上是在降低「表面能」的方向變化，不斷進行物質遷移，晶界隨之移動，氣孔逐步排除，產生收縮，使坯體成為具有一定強度的、緻密的瓷體。工人需要花費幾個小時，甚至是幾天時間，才可以煅燒出精美的陶瓷樣品。而且，燒結過程並不可控，最終成品良率並不高。
因此，現有燒結工藝具有很多局限性，例如，燒結時間長，燒結工藝複雜，燒結過程需要加壓 （SPS 燒結），燒結溫度低，燒結樣品結構局限單一等，陶瓷成品低的主要原因是揮發性成分元素的降解，使得合成潛力受限。
而胡良兵團隊的最新研究，旨在提供一種快速，高效，簡單，節能，普適性的燒結方法，提升合成潛力。
10秒陶瓷合成模擬顆粒加熱過程
經過多次試驗後，他們利用鹽或氧化物，壓制一形狀與藥片類似的顆粒，夾置在兩個焦耳加熱碳帶之間，形成加熱臺，將其放入煅爐內，使得揮發性成分元素不降解，成型陶瓷樣品表面可均勻受熱。大約10秒鐘後，樣本表面就可達到三千攝氏度以上，滿足燒結溫度。他們還利用大數據計算方式，檢測緞爐燒制溫度，讓加熱臺在適宜時間放入煅爐。
利用這一新的燒結方法，科研人員最終得到了穩定的陶瓷樣本，成品良率顯著提升。
胡良兵對鈦媒體App表示，這一快速燒結工藝的燒結時間是可調的，可根據燒結材料特性和所需結構而定，一般在1秒到1分鐘之間，而傳統燒結工藝需要幾十個小時。
他強調，新的燒結方法和傳統燒結方法相比，會有很大不同。不僅僅在於電阻加熱和壓制顆粒的作用，更多的是在燒結陶瓷過程中，固相反應和高溫煅燒同時進行，加速陶瓷表面氣孔減少過程，提高合成潛力。
胡良兵認為，該方法還能與3D列印技術相結合，實現複雜的陶瓷材料結構設計，未來或能夠用於製造新型固態電解質。
當被問及該研究的局限性時，胡良兵教授對鈦媒體App表示，由於該研究所涉及的燒結覆蓋面積有一定限制，目前團隊正在研究大面積燒結技術。但他認為，總體而言，本論文中提及的快速燒結方法，有很好的普適性、高效性。燒結機理是值得分享和借鑑，這是至關重要的。
下一步，該團隊將持續研究這一燒結機理，並未來有望於推廣到催化、固態電池等領域，用於解決現有金屬，玻璃，催化劑製備過程遇到的升降溫速率慢、元素易揮發，結構不緻密等難題。他們已經成立了一家名為HighT-Tech LLC（高溫高科）公司，處理相關需求。（本文首發鈦媒體App，作者 | 林志佳，編輯 | 趙宇航）