理化所燃燒合成材料制備技術(shù)研究獲系列進展

　　燃燒合成作為一種材料制備新技術(shù)，因具有工藝簡單、制備周期短且近零能耗、綠色制備等特征而得到國際材料界的廣泛關(guān)注，并于近二十年來持續(xù)快速發(fā)展。

　　在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的大力支持下，中科院理化技術(shù)研究所低溫材料與應(yīng)用超導(dǎo)研究中心功能陶瓷研究組的科研人員在燃燒合成制備熱電、超導(dǎo)、紅外及氮化物陶瓷等方面取得了一系列進展。研究人員掌握了在低溫、低壓條件下仍能實現(xiàn)自蔓延燃燒模式的反應(yīng)合成的關(guān)鍵技術(shù)（Adv. Fun. Mater. 2016,26,6025；Acta. Mater. 2017,122,187；J. Eur. Ceram. Soc. 2016, 36, 1407）。利用燃燒合成獨特的非平衡反應(yīng)條件，實現(xiàn)了無需燒結(jié)、一步直接合成致密的Cu2SnSe3熱電材料，并通過Ag、In雙位共摻雜的方法，使其在823K的熱電優(yōu)值達到1.4，為目前國際最高水平。通過燃燒合成制備了FeSe1-xTex鐵基超導(dǎo)材料，并通過淬火實驗研究揭示了Fe-Se(Te)固液體系的反應(yīng)機制，為FeSe1-xTex材料合成工藝的優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。與中科院電工研究所研究員馬衍偉合作，將燃燒合成制備的石墨烯制成了高性能超級電容器，比電容高達244 F/g，能量密度高達136 Wh/kg，功率密度高達1000 kW/kg，循環(huán)100萬周后，容量保持率仍大于90%，可同時點亮200個LED燈（Adv. Mater. 2017, 1604690），展示了低成本制備可用于超級電容器用石墨烯的工程化應(yīng)用前景。

　　在燃燒合成產(chǎn)業(yè)化方面，在國際上首次研發(fā)成功了在大型低壓反應(yīng)釜中燃燒合成高品質(zhì)氮化硅粉體，單釜合成量達25kg，較之國際同行企業(yè)的單釜產(chǎn)量（≤5kg/釜）高出5倍以上；所采用的自主研制的容積為0.8m3的反應(yīng)釜，是見諸報道的容積最大的高壓燃燒合成裝備。俄羅斯科學(xué)院材料與結(jié)構(gòu)宏觀動力學(xué)研究所所長Alymov對此成果給予高度評價和關(guān)注，2014年以來，先后兩次派其助手Smirnov來訪合作，他本人也親自來理化所開展合作研究，并于2016年的EPNM國際會議期間與理化所人員多次進行有關(guān)燃燒合成技術(shù)的深入研討。以上結(jié)果表明，理化所在燃燒合成陶瓷粉體材料的工程化、規(guī)模化方面居國際領(lǐng)先水平。國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金獲得者劉光華系統(tǒng)地總結(jié)了氣-固燃燒合成先進陶瓷材料的規(guī)律，并申報了4項國家發(fā)明專利，還應(yīng)邀參編有關(guān)燃燒合成的英文專著兩部，分別由國際最大的科技出版商Wiley-VCH和Bentham出版。

　　圖左上：燃燒合成的Cu2SnSe3熱電材料，ZT值達到1.4，是迄今報道的Cu2SnSe3的最高水平。左下：燃燒合成制備的FeSe1-xTex鐵基超導(dǎo)材料，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為14 K@臨界磁場強度54 T。右上：燃燒合成制備的石墨烯，以之為電極做成的超級電容器，可同時點亮200個LED燈。右下：大型燃燒合成裝備、可實現(xiàn)的兩種燃燒反應(yīng)模式，以及應(yīng)邀參與撰寫的兩部專著。