松山湖材料实验室先进陶瓷材料团队负责人
◆ 高性能MAX和MAB相陶瓷及复合材料的设计、多尺度可控制备、结构表征和性能研究
◆ 通过MAX和MAB相陶瓷的选择性刻蚀，制备二维层状MXene和Mbene相陶瓷的理论与技术
◆ 发展新的快速制备高性能Ti4O7陶瓷粉体与电极的理论与技术，探索其在化学电源、水处理等领域中的应用性能
团队负责人：曾潮流
团队主要成员：刘会军、王文俊
项目介绍
先进陶瓷材料是采用高度精选或合成的原料，通过化学组成的精确控制，采用先进的制备工艺技术制造出的具有优异性能的陶瓷。根据使用性能的不同要求，制备的陶瓷材料可以分别具有压电、铁电、导电、半导体、磁性、高强、高韧，高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相容性等优异性能,可广泛应用于化工、冶金、电子、机械、生物医学、能源等国民经济的各个领域。
过渡金属三元层状碳(氮)化物MAX相和硼化物MAB相导电陶瓷是一类新兴的陶瓷家族，它综合了金属和陶瓷的众多优点,既像金属一样具有较好的延展性、导电导热性能、机械加工性，又具备陶瓷的高熔点、抗氧化、高热稳定性、耐腐蚀等优点，在核能、冶金、化工等领域具有非常良好的应用前景。同时，通过选择性刻蚀掉MAX相和MAB相中的A元素可得到一种具有类似石墨烯结构的新型二维过渡金属碳(氮)化物（MXene）和硼化物（Mbene）陶瓷，可广泛应用于储能、催化、吸附、储氢等领域。此外，Magneli相亚氧化钛陶瓷Ti4O7是非化学计量的钛的氧化物，它具有优异的耐酸碱腐蚀性、电化学稳定性以及高电导率等性能，在电池、电催化氧化处理难降解工业废水、催化载体等领域具有广阔的应用前景。
团队将开展三元层状导电陶瓷（包括MAX相和MAB相）、二维过渡金属碳化物（MXene）和硼化物（MBene）陶瓷及亚氧化钛Ti4O7陶瓷的制备、结构与性能的相关基础与应用研究，探索其新的制备理论与技术，揭示陶瓷原料、制备工艺、组织结构及性能之间的内在联系与机制，发展高性能先进陶瓷及复合材料，为其工业化应用奠定基础。
项目意义
先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，是许多高技术领域发展的重要关键材料，受到各工业发达国家的极大关注。先进陶瓷的发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步，是国民经济新的增长点，其研究、应用、开发状况是体现一个国家国民经济综合实力的重要标志之一。
目前已发现的MAX相陶瓷接近70多种，人们在2015年又首次合成了一种新的三元过渡金属硼化物MAB相陶瓷。MAB相陶瓷与MAX相陶瓷有相似的层状结构，预示着它同样拥有传统陶瓷所不具有的高断裂韧性、抗热震等优点，也是一种潜在的高温结构陶瓷。MAX相与MAB相陶瓷的优异的性能使其在核能、汽车、船舶、机电、仪表、冶金、化工等领域具有非常良好的应用前景。
如何可控制备MAX相和MAB相陶瓷是研究这类材料应用的基础，为此，国内外研究者开展了大量的相关研究，发展了多种制备方法，而对于MAB相陶瓷的合成还处于起步阶段。尽管国内外在MAX相和MAB相陶瓷合成技术研究方面取得了一些积极进展，但依然存在MAX相和MAB相陶瓷制备工艺复杂、能耗高、效率低、产品粒径大、纯度低、难以规模化生产等问题。因此，探索新的MAX相和MAB相陶瓷合成理论与技术，实现其组成、结构与微纳米尺度的精细控制无疑具有重要的意义，这也为进一步可控制备陶瓷结构件与复合材料，揭示其性能特点，并推动其实用化进程奠定基础。
MXene和MBene相独特的层状结构、较大的比表面积及良好的导电性、稳定性、磁性能和力学性能等使其广泛应用于储能、催化、吸附、储氢等领域。目前通常采用具有强腐蚀性的高浓度HF刻蚀MAX相制备MXene，但刻蚀产生的一些活性官能团会影响其性能。因此，发展新的MAX和MAB相陶瓷的刻蚀理论与技术对其应用具有重要的理论及实际意义。
亚氧化钛陶瓷是由称作Magneli相的一系列非化学计量钛的氧化物组成，其表达式为TinO2n-1(4≤n≤10)，具有很好的耐酸碱腐蚀性、电化学稳定窗口宽、电导率高等优异性能，在化学电源、氯碱工业、电催化氧化处理难降解工业废水等领域具有广阔的应用前景。传统的亚氧化钛Ti4O7陶瓷主要是利用还原性物质(如H2、NH3)在高温（一般为1000~1400 oC）热还原TiO2而成，存在产物粒径大、纯度低、反应周期长等缺点。因此，发展新的TiO2还原理论与技术，实现亚氧化钛Ti4O7陶瓷(粉体与电极)的组成与结构的可控制备，推动其工业化应用具有重要的意义。
项目目标
项目将基于熔盐化学法发展高效、节能、环保、低成本、可规模化制备高性能MAX相陶瓷（如Ti3AlC2）、MAB相陶瓷(如Cr3AlB)及其刻蚀的理论与技术。围绕MAX和MAB相陶瓷及复合材料的设计、多尺度可控制备、结构表征和性能开展系列研究，揭示陶瓷原料、制备工艺、组织结构及性能之间的内在关系，发展高性能先进陶瓷及复合材料，解决大尺寸陶瓷与复合材料的关键制备技术，实现二维层状陶瓷成分与结构的精细控制；发展新的快速制备高性能Ti4O7陶瓷粉体与电极的理论与技术，揭示其合成工艺、精细结构与电化学性质之间的内在联系，探索其在化学电源、水处理等领域中的应用性能。项目将在相关先进陶瓷与复合材料的设计/制备理论与技术，以及相关机制研究等方面取得具有重要影响的成果，满足国民经济发展需求。
