陶瓷学报
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景德镇陶瓷大学主办
2025年06期
陶瓷学报
本期目录共 23 篇文章
微波介质陶瓷的微带天线基板成型工艺研究进展
陆志鹏, 郭宝林, 李海燕, 姚庆
微波介质陶瓷在雷达系统、无线通信等领域具有关键作用，这主要得益于其优异的介电常数、温度稳定性以及超低损耗角正切值等特性。凭借这些优势，微带天线陶瓷基板能够实现精准的电磁波传输。通过控制微观结构均匀性、尺寸精度制造工艺可显著提高其性能表现。此外，在缺陷最小化、规模化生产与成本效益之间的平衡问题，始终是业界亟待攻克的难题。本综述系统分析了五种关键成型方法，包括凝胶注模、流延成型、压制成型、挤出成型、增材制造，重点阐述了五种方法的基本技术机理、相对优势和适用范围，为微带天线基板的制备及优化提供了一定的参考。
锡基钙钛矿太阳电池研究进展
范恺文, 楚倩倩
目前，锡基钙钛矿太阳电池(Perovskite Solar Cell, PSC)因其潜在的低毒性和良好光电性能受到广泛关注，但目前该类电池仍面临以下亟待突破的难题：(1)高质量的锡基钙钛矿薄膜制备困难；(2)锡基钙钛矿晶体和界面的缺陷多、非辐射复合严重；(3)锡基PSC器件各层之间的能级失配。本文综述了近几年锡基钙钛矿薄膜的制备方法以及对应器件的研究现状，详细探讨了组分工程、添加剂调控和界面优化等手段对器件性能(如光电转换效率和稳定性等)的影响机制，并对锡基PSC的未来发展趋势进行了展望。
黏土矿物膜的制备及其功能化应用的研究进展
汤淼, 王婷婷, 熊成荣, 周菏翔, 吴元发, 李坤, 欧阳瑞丰, 周天祥, 曾涛, 施玮, 罗婷, 董罡, 陈云霞, 苏小丽
黏土矿物膜因其独特的纳米通道结构、高比表面积、优异的化学稳定性以及环境友好型的膜材料，在水处理、分子分离、能源存储等领域展现出重要的应用价值。研究发现，通过剥离技术可将黏土矿物层状结构解离为单层纳米片，并借助可控堆叠技术制备出具有自支撑和柔韧性的膜材料。这一技术突破为基于二维纳米材料的重组层状膜开发提供了新的研究思路。本文系统综述了黏土矿物制备层状膜的研究进展，首先概述了黏土矿物纳米片的剥离方法；重点介绍了黏土矿物膜的主要制备策略，并对比分析不同方法的工艺特点和局限性；然后深入探讨了黏土矿物膜的独特功能特性调控机制，包括表面润湿性、渗透性、溶胀性、自修复能力；最后总结了黏土矿物膜在分子筛分、离子选择性传输和纳米流体能量转换等应用领域中的研究进展。基于现有研究，本文进一步展望了黏土矿物膜规模化制备面临的挑战及其未来发展方向。
以聚硅氮烷为前驱体制备碳纤维网胎增强碳化硅陶瓷基复合材料
刘一阳, 王子涵, 何梅, 张承双, 许海东, 王明存
本研究开发了一种经济型碳纤维网胎增强SiC复合材制备工艺。该技术采用机械混合法将乙烯基聚硅氮烷（ViLSZ，自制产品命名为PSZ-3112）基体树脂、碳化硅粉体与固化剂六亚甲基二异氰酸酯（HDI）混合制备成无溶剂浆料，以短切碳纤维网胎（Cw）为增强骨架，通过涂覆预浸—凝胶化—叠层—热压—烧结工艺流程成型复合材料。实验表明：HDI可有效催化ViLSZ树脂固化反应，其起始温度83.5℃，峰值温度118℃。最优工艺参数为：增强体Cw与浆料质量比1∶10,SiC/ViLSZ/HDI质量比1.0∶1.0∶0.2；凝胶过程在室温自发完成；热压阶段采用10 MPa压力、150℃温度环境。经高温烧结后，材料保持初始几何形态，密度≥1.75 g·cm-3，扫描电镜观测显示纤维—基体界面结合良好。最终材料摩擦系数为0.25～0.40，磨损率为0.12 cm3·N-1·m-1～0.23 cm3·N-1·m-1。结果表明，以聚硅氮烷为前驱体可实现陶瓷基复合材料的快速成型。
红外—微波兼容Si/SiO2光子晶体的设计与制备
姜立波, 乔梦珂, 李享成
5G基站是通信网络的核心组成部分，兼具高红外反射率和高微波透过率的材料能够在防止5G天线罩过热的同时保障微波的传输性能，具有重要研究意义。本文以传输矩阵理论为基础，设计了一种由Si/SiO2组成的光子晶体结构。受到布拉格散射效应的影响，电磁波传播在该周期介电结构中形成了光子带隙，使其具备高红外反射率性能。光子晶体的微米级厚度远小于微波波段的趋肤深度，这种尺度效应使其表现出优异的高微波透过特性。实验结果表明，所制备Si/SiO2结构在3µm～5µm的平均反射率为95.0%，在2 GHz～18 GHz的平均透过率达到94.5%。本文所设计的Si/SiO2光子晶体结构在提高基站使用寿命和信号传输效率方面具有较大的应用潜力。
陶瓷离子导体修饰PE隔膜实现高稳定钠金属电池
高利, 刘定荣, 徐蓉蓉, 李新新, 张文展
隔膜作为电池的核心组件，其微观结构对电池的电化学性能与安全性起着至关重要的作用。本研究以商业化PE隔膜为基底，以陶瓷电解质Na3Zr2Si2PO12（NZSP）为涂层，设计了一种新型多功能隔膜。利用超声喷涂技术将NZSP离子导体均匀负载于PE隔膜两侧，表征结果（XRD、SEM、EDS、接触角测试及电化学分析）显示：当NZSP涂层厚度为20μm时，所组装的Na|NZSP@PE|Cu半电池平均库伦效率达97%，循环次数超过300次，Na|NZSP@PE|Na对称电池持续循环时间高达650 h，为新型多功能化电池隔膜的开发提供了思路。
原位构建Co-TiO2/SrTiO3异质结显著提升光电化学阴极保护性能
彭俊淇, 赵英娜, 王建省, 曾雄丰
TiO2纳米管阵列（NTAs）已被广泛应用于偶联金属的光电化学阴极保护，但由于其较大的禁带宽度和低光生载流子分离效率，限制了其光电化学性能。本研究采用阳极氧化法制备了Co-TiO2 NTAs，在180℃水热1 h条件下原位合成了Co-TiO2/SrTiO3复合材料以保护304不锈钢（304 SS）。实验结果表明，Co2+的掺杂使TiO2的带隙减至2.94 eV，拓宽了其光吸收范围。此外，Co-TiO2与SrTiO3复合在光照条件下的光电流密度达到60μA·cm-2，是纯TiO2 NTAs样品的光电流密度的6.7倍。在光电化学阴极保护性能方面，样品的开路电位相比304 SS的开路电位（-0.16 V）负移420 mV，变为-0.58 V，是TiO2 NTAs样品负移量的2.5倍。相比之下，复合样品表现出更优异的光电化学阴极保护性能。经过四轮光照循环测试后，复合材料的性能保持稳定，未出现明显的变化。
KCl掺杂改性SnO2埋底界面提高碳基无空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能研究
李坤, 崔馥麒, 李鹏章, 田传进, 赵文燕, 刘钰旻
无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池，采用平面化的三层结构设计，在成本效益和环境兼容性方面展现出显著优势。然而，该类器件的实际应用仍受限于转换效率不足及长期运行稳定性欠佳等问题。研究表明，通过埋入式界面结构的构建，可有效抑制钙钛矿层与传输层间的离子迁移，从而提升器件的稳定性。然而，当前技术瓶颈主要集中于钙钛矿薄膜在结晶过程中易产生晶界缺陷和表面悬空键，而这些结构缺陷会形成非辐射复合中心，导致光生载流子的严重损耗。本文系统研究了KCl掺杂SnO2电子传输层在碳基无空穴钙钛矿太阳能电池中的协同优化作用。通过溶液法在SnO2中引入Cl-和K+，实现了缺陷钝化与界面调控，碳基无空穴太阳能电池器件的光电转换效率显著提升至13.9%，并在1000 h、60%湿度下仍能保持原始效率的80%以上，展现出优异的环境稳定性。
BiOCl/CdS复合材料的制备及其光催化性能研究
黄威, 秦俊豪, 孙家杰, 肖力心, 张真祯, 魏志顺
本文提出了一种水热—热辅助液相自组装策略来制备BiOCl/CdS异质结材料，探讨了CdS添加量对其光催化性能的影响。实验先以Bi（NO）3·5H2O和KCl为原料，以乙二醇为溶剂合成BiOCl，再通过热辅助自组装法合成了BiOCl/CdS异质结，并通过XRD、SEM、EDS、XPS、DRS等分析手段探讨了CdS添加量对BiOCl/CdS样品形貌、催化性能的影响。结果表明，当添加0.05 mmol的CdS时，BiOCl/CdS样品对TC（盐酸四环素）的光催化降解性能最好，相比原BiOCl及CdS分别提升了15.17%和59.40%，且CdS的添加量存在阈值（0.05 mmol），在少量添加时其光催化性能会变好，而当添加的量超过阈值时，其活性反而会因为添加量过多，覆盖了更多的活性位点导致其性能变差。