杨金龙课题组荣获美国陶瓷学会期刊2018年度最佳论文奖

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清华大学材料学院杨金龙教授团队有关新型轻质泡沫陶瓷材料的研究成果被《美国陶瓷学会期刊》(Journal of the American Ceramic Society)评为 2018年度最佳论文奖。该奖项由美国陶瓷学会从2018年发表在陶瓷领域顶级期刊《美国陶瓷学会期刊》上的800多篇论文中评选出15篇最佳论文。10月3日在美国俄勒冈州波特兰举办的2019年材料科学与技术国际会议 (Materials Science & Technology)会议上进行了颁奖。杨金龙教授团队获奖论文“氧化硅中空介孔微球组装的超高比表面积氧化硅泡沫陶瓷”(Silica foams with ultra-large specific surface area structured by hollow mesoporous silica spheres)阐述了团队在新型轻质泡沫陶瓷材料制备领域取得的重要进展，提出了一种制备超高比表面积、高气孔率泡沫材料的新方法。

       泡沫陶瓷材料是一种性能优异的结构功能一体化的新型工程材料，常用于高温烟气过滤器、航空航天器组件、催化剂载体、隔热保温材料等领域。在机械、电子技术、冶金、化工、环保、节能等领域都有广泛的应用前景。传统的泡沫陶瓷材料气孔结构单一，比表面积低，封闭孔壁结构的孔洞使得流体难以渗透和扩散，这大大限制了其在吸附、过滤、催化等领域的应用。近年来，杨金龙教授团队围绕轻质泡沫陶瓷材料的制备及应用开展了大量的研究工作，并取得了多项重要的科研成果。
       获奖论文介绍了一种新的泡沫陶瓷制备方法。以利用乳液法制备的纳米级氧化硅中空介孔球为原料，通过颗粒稳定泡沫法，制备了由微球组装而成的具有三维骨架结构的泡沫材料。采用该方法所制备的超稳定泡沫在干燥烧结后，可得到由氧化硅介孔空心球组装而成的、形貌完整的三维泡沫材料。这种新材料具有以下多级孔结构：通过气泡演变而成的均匀大孔；中空微球的空腔；氧化硅中空介孔球壳层上的放射状介孔（孔径为2-3nm）。该材料的比表面积高达1000-1700m2/g，是目前报道的所有泡沫陶瓷材料中比表面积值最高的，甚至高于无机气凝胶材料。这种具有多级孔结构的泡沫材料通过在不同尺寸上构建孔结构可以满足更多应用领域，有望在吸附、过滤、药物缓释、催化剂载体等技术领域发挥作用。这种颗粒稳定泡沫法生产成本低廉、环境友好，且不引入杂质，因此，被认为是一种有发展潜力的泡沫结构成型方法。
      杨金龙教授是该论文的通讯作者，课题组博士生霍文龙是该论文的第一作者。
      
       泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料。其孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20%～95%之间，使用温度为常温～1600℃。泡沫陶瓷一般可以分为两类，即开孔（网状）陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料，这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷材料，其孔隙是相互连通的；如果存在固体壁面，则泡沫体称为闭孔陶瓷材料，其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。但大部分泡沫陶瓷既存在开孔孔隙又存在少量闭孔孔隙。一般来说孔隙的直径小于2nm的为微孔材料；孔隙在2～50nm之间的为介孔材料；孔隙在50nm以上的为宏孔材料。
       传统制备方法
       1.发泡法：采用发泡反应的方法，可以制备形状复杂的泡沫陶瓷制品，以满足一些特殊场合的应用；在陶瓷粉料中加入适当的陶瓷纤维，可改善这一工艺，有效增加坯体在烧结过程中的强度，避免粉化和塌陷。
       2.溶胶凝胶法：溶胶凝胶法主要用来制备孔径在纳米级的微孔陶瓷材料，该方法经改进后也可以制备高规整度泡沫陶瓷材料。运用溶胶凝胶技术制备泡沫材料，在溶胶向凝胶的转化过程中，体系的粘度迅速增加，从而稳定了前期产生的气泡，有利于发泡。该工艺与其他工艺相比有其独特之处，它还可以制备孔径在纳米级、气孔分布均匀的泡沫陶瓷薄膜，正成为无机薄膜制备工艺中最为活跃的研究领域。
       3.添加造孔剂法：通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷。造孔剂颗粒的形状和大小决定了泡沫陶瓷材料气孔的形状和大小。其成型方法主要有模压、挤压、等静压、轧制、注射和粉浆浇注等。利用这种方法可以制得形状复杂、气孔结构各异的材料，但气孔分布的均匀性较差。
       4.有机前驱体浸渍法：泡沫陶瓷最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法。用此种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域广泛应用，取得了较为明显的效果。进一步控制浆料性能，适当优化无机粘结剂体系，并严格控制浆料浸渍等工艺过程，可以提高泡沫陶瓷制品的性能。所选用的有机泡沫体的网眼尺寸是有限的，制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径和结构。


       杨金龙，清华大学教授，1966年5月出生于山西省太原市；1987年，毕业于北京理工大学金属材料及热处理专业，获得学士学位；1990年，毕业于中北大学金属材料及热处理专业，获得硕士学位；1996年，毕业于清华大学材料系无机非金属专业，获得博士学位。1999年5月-2000年8月在瑞士联邦理工大学做博士后研究工作，师从国际著名陶瓷科学家Gauckler教授。1996年8月至今，分别担任清华大学材料系讲师、副教授、教授、博导。2006年7月，被中北大学聘为特聘教授，并担任先进陶瓷实验室主任。2010年5月，被聘为大连交通大学兼职教授。2014年5月，被聘为河北工程大学兼职教授。同时，杨金龙教授担任硅酸盐学报编委，中国硅酸盐学会溶胶凝胶分会理事，材料导报编委，IJMPT(International Journal of Materials Product and Technology)Guest Editor。曾获多项荣誉，包括国家技术发明二等奖1项，河北省科技进步二等奖1项，山西省自然科学二等奖1项，其他省部级科技奖项3项，德国纽伦堡国际发明博览会金奖1项，国际发明展览会金奖1项。截至2016年9月1日，通过技术成果鉴定20项，已发表学术论文212篇，其中SCI收录130篇，EI收录42篇；申请专利88项，其中已授权专利73项，已申请专利15项。由springer和清华大学出版社联合出版英文专著一部，著作名称为《Novel Colloidal Forming of Ceramics》。2011年10月-2016年2月，挂职担任清华大学学科规划与建设办公室副主任。2015年6月-2016年6月，挂职担任河北工程大学副校长。目前，担任清华大学-远建工住轻质新材料联合研究院院长，山西省五台县、贵州省石阡县政府顾问。