采用常规热烧结实现陶瓷粉体的致密化, 烧结温度通常超过1000 ℃, 这不仅需要消耗大量能源, 还会使一些陶瓷材料在物相稳定性、晶界控制以及与金属电极共烧等方面面临挑战。近年来提出的冷烧结技术(Cold Sintering Process, CSP)可将烧结温度降低至400 ℃以下, 利用液相形式的瞬态溶剂和单轴压力, 通过陶瓷颗粒的溶解-沉淀过程实现陶瓷材料的快速致密化。冷烧结技术具有烧结温度低和时间短等特点, 自开发以来受到广泛关注, 目前已应用于近百种陶瓷及陶瓷基复合材料, 涉及电介质材料、半导体材料、压敏材料和固态电解质材料等。本文介绍了冷烧结技术的发展历程、工艺技术及其致密化机理, 对其在陶瓷材料及陶瓷-聚合物复合材料领域的研究现状进行了综述, 其中根据溶解性的差异主要介绍了Li2MoO4陶瓷、ZnO陶瓷和BaTiO3陶瓷的冷烧结现状。针对冷烧结技术工艺压力高的问题及可能的解决途径进行了探讨, 并对冷烧结技术未来的发展趋势进行了展望。
冷烧结技术 陶瓷 复合材料 溶剂 综述 cold sintering process ceramic composite solvent review
1 中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能材料与器件重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心, 北京 100049
机器学习等数据驱动方法能够快速发掘数据之间潜在的统计相关性, 实现目标量的高效精准预测, 并辅助分析数据背后的物理图像, 已被广泛应用于材料性能预测和器件设计的研究之中。近年来, 机器学习模型研究在微波介质陶瓷材料及器件开发中也取得了系列进展。本文介绍了机器学习方法的基本原理和过程, 重点总结了微波介质陶瓷的介电常数、品质因数等关键性能的机器学习预测模型研究的最新进展, 探讨了材料成分、结构、工艺等参数与微波介电性能之间的关系, 并概述了机器学习方法在微波天线和滤波器的尺寸优化、失效分析等方面的应用。最后, 指出了数据驱动研究在微波介质陶瓷材料及器件领域的若干发展方向。
数据驱动范式 机器学习 微波介质陶瓷 介电性能 微波器件 data-driven paradigm machine learning microwave dielectric ceramics dielectric properties microwave devices
1 安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241002
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
陶瓷材料作为在微波系统开发中的重要材料, 通常被加工成多种形状, 例如以厘米级别为尺寸的圆柱形和立方体。因此, 对此类样品进行介电常数的测量是一项具有挑战性的工作。针对该难点, 研制了1种基于互补开口环谐振器的双波段介电传感器, 并提出了一种表征不同形状和尺寸样品的介电测量方法。该传感器有2个工作频段, 2个频段均为无线通信频带。在每个频段范围内, 进行了数值模拟并建立了每个样本的拟合模型, 对传感器进行加工并实际测量以验证数值模型和测量精度, 对比参考值, 测量精度高达3.5%。结果表明: 提出的传感器及测量方法能够针对不同形状和尺寸的合成陶瓷进行精确的介电测量, 表明该传感器具有良好的样品自适应性。该传感器的新颖之处在于它能够在不改变传感器和被测物结构的情况下测量厘米级别的各种样品的介电常数。此外, 双频测量也是该传感器的优势, 2个频段之间的差异小于5%。
微波陶瓷 介电常数 双频带 谐振频率 互补开口环谐振器 microwave ceramics dielectric constant dual band resonate frequency complementary split ring resonator
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
LTCC材料在电镀和化学镀工艺中对酸/碱镀液的耐蚀性是低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)材料在实际应用中需要关注的重要特性。本工作研究了HCl、H2SO4和NaOH溶液(0.01~2.00 mol/L)和浸泡时间(10~300 min)对Ca-B-Si体系LTCC材料腐蚀行为的影响规律。结果表明，LTCC材料在不同的酸溶液中浸泡相同时间, 样品的腐蚀失重量会随着酸溶液浓度增大呈现出先增大后减小的趋势, 而在碱溶液中并未观察到明显的腐蚀现象。当盐酸溶液浓度为1.00 mol/L时, LTCC材料的失重最大为54.96%。当硫酸溶液浓度为0.10 mol/L时, LTCC材料的失重最大为8.80%LTCC材料中的CaB2O4和CaSiO3晶相会与酸溶液发生溶解反应进而造成腐蚀, 并且随着酸溶液浓度增大, 反应后样品表面富Si蚀变层的形成速度更快, 进而使LTCC材料在较高浓度酸溶液中的浸泡失重量减小。LTCC材料在1 mol/L 盐酸溶液和0.1 mol/L硫酸溶液中溶解反应的表观活化能分别为20.38、5.43 kJ/mol, 故盐酸溶液对LTCC材料的腐蚀速率大于硫酸溶液。结合化学腐蚀反应动力学和热力学分析, 揭示了LTCC材料在酸溶液中以离子交换和水解反应占主导的腐蚀机理。
低温共烧陶瓷 硼硅酸盐玻璃 浸泡 腐蚀机理 low temperature co-fired ceramics borosilicate glass soak corrosion mechanism
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京100049
二维金属硫化物材料具有较低的电子噪声以及极大的比表面积, 使其非常适合用作气敏材料, 因此寻求高效可控的方法制备二维金属硫化物材料是目前的研究热点。本研究使用高温化学浴法制备了不同形貌的高结晶二维六方SnS2纳米片。采用不同手段对制备的SnS2纳米片进行表征, 并进一步研究了SnS2纳米片的气敏性能。结果显示: 油酸、油胺用量(体积)相同时, 产物SnS2的形貌是均一的六角形纳米片, 其直径约150 nm, 厚度约4~6 nm。气敏测试表明该SnS2纳米片对NO2气体具有良好响应, 且响应过程可逆, 选择性好。其最佳工作温度为130 ℃, 响应和恢复时间分别为98和680 s。
二氧化氮气体 二维材料 SnS2 高温化学浴法 气敏检测 NO2 gas 2D materials SnS2 chemical bath synthesis gas sensing detection
