透明陶瓷因具有优良的机械性能和光学性能而被广泛应用于导弹制导、红外夜视、激光和核辐射探测等领域。颗粒特征尺寸在纳米尺度的透明纳米陶瓷由于相关性能可能优于传统透明陶瓷材料而引起了广泛关注。尽管陶瓷制备技术取得了很大进展，但制备这类特殊的透明纳米陶瓷仍然具有挑战性：经典的烧结方法对温度、压力和烧结时间等具有较高的要求，并且可能伴随着晶粒快速生长；超高压烧结、等离子辅助烧结和无容器制备技术可以很好的抑制晶粒生长，但对设备要求高或很难获得大块样品。因此，探索新型的透明纳米陶瓷制备技术仍是相关研究的重点和难点。
最近，华南理工大学周时凤教授（点击查看介绍）团队提出了一种基于玻璃态-晶态转变控制在常压条件下制备透明纳米陶瓷的方法。该方法从经典的玻璃结晶理论出发，其核心思想是基于多组分玻璃体系进行化学组成设计，改变形核和晶体生长速率曲线，提高形核趋势的同时抑制晶体生长趋势，从而将玻璃态-晶态转变控制在纳米尺度。研究团队以Te-Bi-Nb-O玻璃体系为例，采用熔融冷却法制得大块玻璃材料，在常压条件下进行结晶热处理。研究发现基于上述策略可有效地将玻璃结晶后的晶体尺寸从~15 μm降低至~20 nm，并获得了透明纳米陶瓷。所制备材料在以下几方面具有突出特性：首先，透明纳米陶瓷较玻璃材料相比，机械性能得到了明显提高。其次，所选取体系富含重金属离子，非线性系数高和声子能量低，因此透明纳米陶瓷具有优异的光限幅性能和中红外发光特性，如实验观测到了位于4300-4950 nm的宽带中红外发光。另外，由于透明纳米陶瓷的组成颗粒其特征尺寸在纳米量级，因此可以制备纳米陶瓷光纤。
这一成果近期发表在Advanced Science上，文章的第一作者是华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的研究生温绍飞，通讯作者为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的周时凤教授。
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Pressureless Crystallization of Glass for Transparent Nanoceramics
Shaofei Wen, Yunpeng Wang, Bijiao Lan, Weida Zhang, Zhuo Shi, Shichao Lv, Yujun Zhao, Jianrong Qiu, Shifeng Zhou*
Adv. Sci., 2019, 6, 1901096, DOI: 10.1002/advs.201901096
导师介绍
周时凤
https://www.x-mol.com/university/faculty/27031
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