研究实现陶瓷薄膜低温致密化制备

陶瓷薄膜是固态电池、能源转换及电子器件等领域的核心功能材料。传统致密化工艺通常依赖高温固相烧结，能耗高，且易引起元素挥发、成分偏析及界面反应，限制材料本征性能的发挥。如何在低温下获得成分均匀、结构致密的高质量薄膜，是该领域长期面临的科学挑战。

近日，中国科学院大连化学物理研究所科研团队提出陶瓷薄膜液相生长新策略。该策略在液相介质中引导晶体定向生长，实现了高熔点陶瓷膜在低温下致密化生长，从原理上打破了传统陶瓷薄膜制备对高温烧结的依赖。

团队以熔点约2700°C的钇掺杂锆酸钡（BZY）质子导体为模型材料，以熔融碳酸盐为液相反应环境，通过晶种层定向调控晶体成核与生长，在800°C、常压下制备出厚度约10μm、成分均匀的致密BZY电解质薄膜。与传统高温烧结相比，该策略可抑制元素偏析、杂相形成及界面元素互扩散。原位表征揭示了液相生长过程中碳酸盐熔化、前驱体溶解、反应成核、晶体长大、连生成膜的演变机制。团队组装的单电池测试表明，液相生长的电解质薄膜表现出良好的电化学性能。

该方法实现了大面积陶瓷薄膜的制备，并展示出对金属基底及其他陶瓷材料的适用性，为高性能功能陶瓷薄膜的低温制造提供了新途径。

相关研究成果发表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部等的支持。

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科研人员发展液相生长新策略实现陶瓷薄膜低温致密化制备