兰大教授二十载破学科“魔咒”:望复兴陶瓷技

作者:365手机版发布日期:2020-12-06 11:13

  【解说】陶瓷,在人们的生活中无处不在,也是现代社会生产生活最常用到的三大材料之一。氧化铝陶瓷则是“陶瓷家族”中综合性能最好、价格最低、最常用的陶瓷。阿尔法氧化铝,也叫刚玉,是大块氧化铝热力学上最稳定的一种。

  兰州大学物理科学与技术学院李建功教授团队用20年时间,研制出制备韧性氧化铝陶瓷的原料——刚玉纳米颗粒。日前,他在兰州大学接受中新社记者专访时表示,科研的美妙之处在于黑暗中摸索,没有黑暗就没有光明,之所以钟情于陶瓷研究,李建功认为这是中国人最为宝贵的文化。

  中国在历史上从唐宋开始,一直引领着全球的陶瓷领域,甚至垄断着全球陶瓷技术,我们的陶瓷可以在那个时代遍布欧洲的各个(地方),皇宫到处都能看到中国的陶瓷,他们以能拥有中国的陶瓷作为荣耀。中国在那期间掌握了最先进的陶瓷工艺和技术,产生了全球最好的陶瓷。

  【解说】李建功80年代师从国际著名材料科学家、纳米材料研究领域开创者、德国科学院院士赫伯特·格莱特教授,期间他无意间看到《Science》发表的一篇论文,成为了刚玉纳米颗粒制备的瓶颈和“魔咒”,很多人尝试多年都无法突破,但是逆向思维的李建功决定与刚玉纳米颗粒“死磕”。

  多年过去了,李建功仍旧没有打破“魔咒”。2013年的一天,李建功的研究生随手将离心分离后看似清澈无物的离心清液倒入用过的废盐酸烧杯中,原本清澈的废液突然变浑浊,这一次意外竟成为突破的转折点。

  用不同浓度的盐酸让不同尺寸的纳米颗粒沉降的“分级聚沉法”、共沉淀-煅烧-选择腐蚀法、球磨法……就这样,从几百纳米做到30纳米、再到20纳米,再到偶尔见15纳米的颗粒,最终做到3.3纳米。近20年他们才真正在刚玉纳米颗粒方向达到世界最高水平。

  如果我把氧化铝陶瓷能做成韧性陶瓷,那么这个就是材料科学领域里面很重要的突破,它会大大的促进我们陶瓷在现代工业、高新技术以及我们日常生活中的应用,解决我们很多现在很难实现的技术瓶颈。

  【解说】李建功团队不断改进制备方法、分离工艺,获得尺寸更小、比表面积更高、尺寸分布更窄的分散、超细、等轴刚玉纳米颗粒。该项进展在2020年5月29日学术期刊《Science》以评论文章形式发表,引发世界关注。

  近日,麻省理工学院、兰州大学、宾夕法尼亚大学等机构科研人员合作,在块体纳米晶和超细晶材料领域取得重要进展,首次提出“超均匀纳米晶材料”的概念。在未来,也许你手中的纳米陶瓷水杯掉在地上不会摔碎;将纳米刚玉颗粒涂在车床高耐磨度刀具表面,“削铁如泥”就会变成现实。

  目前,该团队正在以超细刚玉纳米颗粒为原料,与国内外合作,通过超高压热压技术,朝着致密度99%以上和平均晶粒尺寸15纳米以下的超细晶氧化铝纳米晶陶瓷发起冲击。


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