胡良兵/莫一非/骆建/郑小雨今日Science：仅需几秒，超高温烧结陶瓷

研究背景

陶瓷是一种重要的材料，由于其高的热、机械和化学稳定性，具有广泛的应用。基于第一原理方法的计算预测是加速材料发现开发改进陶瓷的宝贵工具，实验性地确认这种预测的物质性质至关重要。然而，材料筛选率受到加工时间长和传统陶瓷烧结技术中挥发性元素损耗不良的成分控制的影响。

成果简介

为了克服上述限制，美国马里兰大学胡良兵和莫一非教授、加州大学圣地亚哥分校骆建以及弗吉尼亚理工大学郑小雨等在Science上发表文章“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”，作者利用超高温烧结技术，直接在数秒内合成块体的陶瓷材料，大大加快了材料的合成速度，提升了质量，在合成固态电解质、多组分结构和高通量材料筛选上能够大显身手。

图文导读 

图1. 快速烧结过程和实验结构

，时长00:55

图1A给出了快速烧结陶瓷材料的示意图，将前驱体压成片之后，夹在两层碳纸之间，然后在碳纸两边加上电压迅速升温，使前驱体发生反应和烧结。在惰性的气氛中，这些碳纸可以在提供3000℃的高温，足够用来合成和烧结任何的陶瓷材料。短的烧结时间可以防止挥发和不想要的界面扩散。此外，这种技术还是通用的，可以适用于3D打印的陶瓷材料，此外，UHS的速度使计算新材料预测能够快速实验验证，从而促进了材料发现。一些应用可能受益于此方法，包括薄膜固态电解质和电池应用。

图2. 快速烧结过程中材料的结构变化

图2对烧结过程中，材料的结构变化进行了表征，可以看出在快速反应阶段，材料的结构由松散的颗粒，快速变成了紧密结构。并且通过与传统烧结方法的对比，表明了UHS方法能够避免Li的损失，这种烧结方法对多种陶瓷材料都是适用的。

 图3. 快速烧结用于固态电解质陶瓷材料筛选

图4. 适用于高温烧结的材料结构

总结展望

本文展示了快速烧结技术的强大，大大加快了材料的合成速度，使得高通量材料筛选成为可能，超高的温度，超快的加热速度和退火速度提升了材料烧结的质量，此外这种技术对材料的要求比较低，是一种通用的合成技术。我们期待这种超高温烧结技术带来更多的突破！

文献链接：A general method to synthesize and sinter bulkceramics in seconds (Science).

https://science.sciencemag.org/content/368/6490/521