「技术」一直在玩火？马里兰大学胡良兵教授开发超快高温烧结工艺( 二 ) |石榴石|陶瓷|3D打印|

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图三：陶瓷筛选的快速烧结技术。 A：通过计算预测和快速合成实现并加速材料发现。 B：用于预测新石榴石成分的计算工作流程。 C：该表列出了具有不同稳定性的预测石榴石成分。 D：结合计算预测，并通过UHS技术烧结的石榴石材料图片（与通常的白色具有不同的颜色）。 E：使用UHS技术在短短约10 s内共烧结100个陶瓷样品的20×5矩阵示意图。 F：共烧结2×5个石榴石样品的UHS设置图片。上图是UHS共烧结过程的侧视图。 G：具有厚锂电极的对称电池在不同电流密度下循环的电压和电流曲线。
快速烧结法可以有效控制元素含量，元素扩散，保证结构完整性。因此可以完成层状复合材料结构设计，或者与3D打印技术相结合，通过材料结构设计，调控高温材料性能（如图四所示）。其次，由于其极高的温度， UHS未来可以很容易地扩展到各种非氧化物高温材料，包括金属，碳化物，硼化物，氮化物和硅化物。而且， UHS还可以用于制造功能梯度材料，并有效控制相互扩散程度。另外， UHS超快工艺非平衡过程可能会产生具有非平衡浓度的点缺陷，位错和其他缺陷或亚稳态相的材料，从而获得理想的性能。最后， UHS方法的高度可控温度曲线，还能够控制烧结过程，研究微观结构的演变进程。

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图四：UHS烧结技术实现的独特结构。 A：共烧结LATP-LLZTO双层固态电解质结构。 B：LLZTO-Li3PO4复合固态电解质结构的示意图和EDS图谱。 C：3D打印SiOC聚合物前驱体。 D：UHS烧结的SiOC样品的照片。 E：具有不同重复单元的四个UHS烧结复杂结构。 F：3D打印多层SiOC聚合物前体（掺有Al和Co）和相应的UHS烧结结构。 G：UHS烧结和传统烧结制备的SiOC样品的Co和Al掺杂边界的元素分布。 H：UHS和传统烧结制备的3D打印磁通密度传感器装置的压阻对磁力关系。 ΔR是压阻的变化。

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马里兰大学Herbert Rabin杰出讲席教授，材料创新中心的主任胡良兵
本文的主要合作者包括马里兰大学莫一非教授、加利福尼亚大学洛杉矶分校郑小雨教授、加利福尼亚大学圣地亚哥分校骆建教授和加利福尼亚大学洛杉矶分校Bruce Dunn教授。胡良兵教授和合作者去年成立了一家名为HighT-Tech LLC（高温高科）公司(www.highT-tech.com)，致力于高温科技的产业化。
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