陶瓷, 是一种历史悠久且应用广泛的无机非金属材料, 在人类文明进程中扮演着至关重要的角色。如今, 陶瓷因其优异的物理和化学性能得到大量的研究和使用, 结构和功能属性复杂的先进陶瓷材料尤其在机械电子、能源环保、航空航天、生物医疗等高新技术领域占据不可或缺的地位。然而, 陶瓷材料固有的高硬度和高脆性, 使得在制造高度复杂的三维空间形状或定制化结构与功能产品的时候, 传统的模具成形和加工技术往往面临难度高、周期长的技术局限。 增材制造的出现则为突破上述局限提供了全新思路。增材制造技术最早被称为无模制造或快速原型技术, 直到21世纪才日渐普及并通称为3D打印技术。美国在20世纪80年代发明的适用于有机树脂溶液的“立体光刻-Stereolithography (SL)”光固化增材制造技术, 和90年代诞生于德国适用于金属粉末的“选区激光熔化-Selective Laser Melting (SLM)”增材制造技术是具有划时代意义且最具代表性的增材制造技术。国际上已经开发了十余种应用于各类材料的增材制造技术。与有机材料和金属材料相比, 一般陶瓷材料的物理和化学活性较低且熔点较高, 因此部分用于有机和金属材料的增材制造工艺无法直接用于陶瓷增材制造。尽管如此, 目前已知的大部分陶瓷增材制造技术仍源自有机材料和金属材料增材制造技术, 导致陶瓷材料的增材制造发展困难, 且发展历史也相对短暂。增材制造在制造高度复杂结构时所展示的独特灵活性, 以及组织与功能的定制化优势, 让国内外研究人员趋之若鹜, 纷纷投身于陶瓷材料增材制造及其应用研究当中。 近年来, 我国在陶瓷增材制造领域涌现出许多优秀的研究团队与企业。根据2021年7月由深圳大学陈张伟教授等学者创办的“第一届中国陶瓷增材制造前沿科学家论坛(FAME2021)”的初步统计, 目前我国已有超过60所专门从事陶瓷增材制造与应用探索研究的科研院所, 而发展和制造与陶瓷增材制造技术相关的材料、打印工艺装备以及后处理工艺装备的生产商则超过了20家。目前, 产学界以陶瓷粉末和树脂或黏接剂混合的浆料进行光固化, 以SL和数字光处理(Digital Light Processing, DLP)或墨水直写(Direct Ink Writing, DIW)增材制造工艺的研究占绝大多数。除此以外, 其他研究则以激光选区烧结(Selective Laser Sintering, SLS)和激光定向能量沉积(Laser Directed Energy Deposition, LDED)等采用陶瓷混合粉末及高功率激光的工艺进行直接增材制造为主。在陶瓷材料种类方面, 大部分学者围绕氧化物陶瓷材料, 如SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃及其混合或复相材料, 以及PZT、BTO、TCP等先进陶瓷材料开展研究。主要应用方向包括承重组件或功能性部件, 如催化载体、铸型、隔热、压电、传感、人工骨、齿科、超高温部件、精密光学件等。而近年来研究人员也纷纷面向结构功能一体化部件, 围绕非氧化物陶瓷如SiC、Si₃N₄、AlN, 甚至更为复杂、可生成多元陶瓷的聚合物前驱体转化陶瓷(Polymer-Derived Ceramics, PDCs)体系等进行增材制造工艺研究, 并取得突出进展。 总体而言, 陶瓷增材制造过程是以陶瓷基材料为“墨”, 以光能、机械能、热能等能源为“笔”, 就如同中国神话故事“神笔马良”一样“画出”各种结构功能一体化的复杂陶瓷器件。值得注意的是, “神笔马良”最终练就的是“所画即所得”的效果。笔者认为, 这恰恰就是增材制造或3D打印追求的终极目标, 即“所打(印)即所得”。当然, 在陶瓷增材制造领域实现“所打即所得”还需要克服诸多挑战。由于陶瓷具有纷繁复杂的材料性质, 在采用各类方法进行增材制造的过程中均涉及材料体系的制备、成形工艺的适配、热处理或后处理工艺的优化等问题。正因如此, 在用于成形制造、变形和缺陷抑制、组织和性能调控等方面的材料选取及控制上均需要予以细致全面的考虑和权衡。 2021年下半年, 在FAME2021大会召开之际, 《无机材料学报》编辑部邀请香港城市大学吕坚院士和深圳大学陈张伟教授担任特邀编辑, 以“无机材料增材制造”为主题组织征稿并制作专辑, 华中科技大学吴甲民副教授亦参与了这次专辑的组织工作。本专辑收录了我国部分陶瓷增材制造的最新研究成果和综述文章, 体现了我国陶瓷增材制造研究的前沿进展。由于时间和篇幅所限, 还有一些优秀的研究未能及时收录在本专辑中。希望本专辑能够抛砖引玉, 为促进我国陶瓷增材制造研究与应用发展提供有益参考。我们相信在全球学者的不懈努力和推动下, 聚能为笔, 化陶成墨, 陶瓷增材制造一定能够镌刻神笔马良新篇章, 完成从“聚沙成塔”的工艺工程研究到“点石成金”的高附加值普及应用的飞跃。

针对红外目标相关滤波跟踪过程中由于背景杂波干扰、目标遮挡和目标形变等情况导致的鲁棒性差甚至跟踪目标丢失的问题,提出一种融合跟踪-学习-检测方法和相关滤波理论的红外目标跟踪算法.该算法在传统相关滤波框架基础上,融合目标的方向梯度直方图特征和亮度直方图特征,改善了目标轻微形变导致的模型漂移问题.针对背景杂波和遮挡导致的多峰值响应问题,对目标背景区域的相关响应进行惩罚,建立目标和背景响应的多模态检测机制,实现目标由粗到精的定位,并采用自适应的学习率优化跟踪模型的漂移问题；针对目标被严重遮挡或脱离视野的问题,通过全局目标再检测,实现目标的重捕.实验结果表明,在复杂红外地面环境下,该算法有效地解决了相似目标干扰和目标被严重遮挡导致的目标丢失问题.基于OTB-2015视频基准序列和红外视频序列测试,对比多个主流的相关滤波跟踪算法,该算法在跟踪精度和成功率方面较长时相关滤波跟踪算法分别提升了5.6%和4.1%；在目标遮挡指标测试中,该算法在跟踪精度和成功率方面相较长时相关滤波跟踪算法分别提升了4.6%和6.1%.

针对红外图像行人检测任务中行人细节信息少，特征提取计算量大以及易受背景影响等问题，提出了一种改进的Fast R-CNN（快速区域卷积神经网络）红外图像行人检测方法。改进主要涉及两个方面：①结合红外图像的特点提出了一种自适应ROI 提取算法，在不影响检测准确率的前提下，降低了ROI 数量，使得网络的计算量减小；②提出了一种加权锚点框的定位机制，基于3 种不同宽高比锚点框的检测置信度进行坐标加权，获得更准确的定位框。实验结果表明，本文提出的改进方法与传统的Haar＋LBP＋HOG＋SVM 算法及Fast R-CNN 算法相比，红外图像行人检测的准确率从80.3%和91.2%提高到92.3%，检测速度从68 ms/f 和25 ms/f 提高到12 ms/f，提高了系统的性能。

针对非制冷红外探测器系统,提出了一种恒流偏置的红外读出电路( ROIC),该电路具有衬底温度补偿功能,且可实现片上偏移非均匀性补偿.基于微测辐射热计等效电阻受目标温度、衬底温度等影响的等效模型,每个读出通道采用两个盲电阻以消除衬底温度的影响,同时使用 DAC逐点调节参考电压,以完成片上偏移非均匀性补偿.该 ROIC应用到阵列大小为 320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上,已在 CSMC 05MIXDDST02的 0.5 .m CMOS标准工艺下成功流试验片.电路测试结果表明:对于常温目标,当衬底温度变化 60 K时,输出电压变化小于 500 mV;经偏移非均匀性补偿后,阵列的固定图像噪声为 11.8 mV.该 ROIC适用于应用于复杂温度环境的高均匀性非制冷红外探测器.

针对非制冷红外探测器系统，设计了一种具有辐射非线性补偿功能的 ADC结构。首先分析了辐射非线性对微测辐射热计的特性的影响，利用非线性单斜率 ADC(Nonlinear Single-Slope ADC)对非线性辐射引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿，实现 ROIC的输出信号的线性化。使用双非线性斜波发生器的模数转换较普通单斜率模数转换节省了近一半的时间，提高了探测器帧频。该 ROIC已在 0.5 μm CMOS工艺下成功流片，并应用了到阵列大小为 320240的非制冷微测辐射热计焦平面上。测试结果表明：目标温度变化 640 K时，输出信号呈线性( NL＝0.94%)，数字码有效利用率大于 96%。该 ROIC在大阵列、小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用。

针对非制冷红外探测器系统，设计了一种高均匀性的读出电路(ROIC)结构。由于非制冷红外焦平面阵列中微测辐射热计的制作工艺存在偏差导致探测器输出存在非均匀性，其中列条纹尤为明显。所提出的读出电路能有效地消除列条纹、提高均匀性。该 ROIC已在 0.5.m CMOS工艺下成功流片，并应用到阵列大小为 320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上。测试结果表明：固定图像噪声(FPN)仅为 0.088 V，无明显列条纹。该 ROIC在高均匀性的非制冷红外探测器上有着广泛的应用。

针对非制冷红外探测器系统，设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响，利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿，实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5 μm CMOS工艺下成功流片，并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明: 在衬底温度变化20 K时，ROIC输出信号仅变化2 mV，实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能，有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗，小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.

优化的微测热辐射计热学参数的测试方法，与传统测试方法相比，能够实现热导和响应时间的精确测量，克服热学参数评估依赖仿真的缺陷,且该方法易于实现，工程应用性强.通过对研制的微测热辐射计性能进行相应的测试，确定了该测试方法准确、可靠.

非均匀性研究对于无温度稳定装置的微测辐射热计焦平面阵列极其重要。 通过建立模型研究了各种因素对焦平面非均匀性的影响。在此基础上，提出了一种新的片上校正电路结构及 其校正因子的计算方法，并采用为各像元提供不同暗电流的方法对输出非均匀性进行了校正。最后使用该结构 模型进行了模拟仿真。结果显示，经过7位片上校正后，输出最大偏移从输出摆幅的49.7%降到了0.8%，输出均匀性得 到了很大提高。

设计了一种用于新型非制冷红外焦平面阵列读出电路的低温漂、无电阻基准电流源。首先通过二阶补偿的无电阻带 隙基准电路得到基准电压VREF ，然后将其接到一个NMOS输出管上；通过调节VREF 使得该输出管工作在零温 漂区，最终产生一个与温度无关的基准电流IREF 。在CSMC 0.5m CMOS工艺条件下，采用spectre软件进行了模拟验证。 测试结果表明，在0℃ ～ 120℃的温度变化范围内，输出电流的波动小于4A；当电源电压为3.3V时，整个电路的功 耗仅为0.94mW。