陶瓷材料堅(jiān)硬且易碎，與形狀記憶合金的易變形和可重塑性相比是兩個(gè)極端。一個(gè)由美、德研究人員為主的國(guó)際科研小組發(fā)現(xiàn)了一種開發(fā)形狀記憶陶瓷材料的新方法，這意味著包括醫(yī)療、電子等行業(yè)有望由此受益。

11月17日，來(lái)自明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校和德國(guó)基爾大學(xué)的一個(gè)國(guó)際研究小組將一份關(guān)于形狀記憶陶瓷材料的研究成果發(fā)表在Nature期刊。他們研究了氧化鋯基配方，可逆相變發(fā)生的數(shù)學(xué)條件可以得到廣泛應(yīng)用，并為反常形狀記憶陶瓷的發(fā)展提供了一條道路。論文地址：DOI:10.1038/s41586-021-03975-5

冷卻中，氧化鋯基形狀記憶陶瓷經(jīng)歷從四方晶體結(jié)構(gòu)到單斜晶體結(jié)構(gòu)的相變

先進(jìn)陶瓷可以是半導(dǎo)體的、超導(dǎo)的、鐵電的或絕緣的，可用于制造各種產(chǎn)品，包括火花塞、光纖、醫(yī)療設(shè)備、航天飛機(jī)瓷磚、化學(xué)傳感器和滑雪板。形狀記憶材料是固相到固相的轉(zhuǎn)變，與結(jié)晶-熔融-重結(jié)晶的過程不同，結(jié)晶固-固轉(zhuǎn)變僅在固態(tài)下發(fā)生。其原理在于通過改變溫度（或壓力），一種結(jié)晶固體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)晶固體，而無(wú)需進(jìn)入液相。

具體而言，當(dāng)冷卻運(yùn)動(dòng)學(xué)相容的陶瓷(Zr/Hf)O₂(YNb)O₄通過四方到單斜的相變，多晶在其晶界處緩慢而穩(wěn)定地分崩離析（我們稱之為滲出過程），甚至爆炸性崩解。相反，如果我們調(diào)整晶格參數(shù)以滿足更強(qiáng)的“等距”條件（另外考慮到樣品形狀），所得材料將表現(xiàn)出具有低滯后的可逆行為。這些結(jié)果表明，通過以意想不到的方式操縱相容性條件，在化學(xué)均質(zhì)的陶瓷系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)多種行為——從一個(gè)極端的可逆性到另一個(gè)極端的爆炸性。

“我們對(duì)我們的結(jié)果感到非常驚訝。形狀記憶陶瓷將成為一種全新的功能材料，非常需要能夠在高溫或腐蝕性環(huán)境中工作的形狀記憶執(zhí)行器。但最讓我們興奮的是新型鐵電陶瓷的前景。在這些材料中，相變可用于從低溫發(fā)電差異。” 論文合著者之一Richard James教授說(shuō)。

編譯 YUXI

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