最近，一项利用氧化铝和金属制备仿生“玻璃陶瓷”的研究成果发表在自然通讯上，该新型陶瓷的机械性能范围可控，并且这种仿生陶瓷材料的性能仍有上升空间。

氧化铝/BMG合金材料的扫描电镜照片

陶瓷材料具备耐高温、抗腐蚀、低密度等很多优势，因此被寄望用于航空航天、能源运输等常常要面对恶劣工况的行业。但它们的延展性和韧性表现不佳，很容易导致灾难性事故发生，这严重限制和影响了它们的应用。

自然界中有壳类软体动物给研究人员以启发，生物质壳更像是由“砖”和“砂浆”所构成，实现了增韧和强化机制。对微观结构的观察可知，砖可以提供强度，而砂浆则有助于消除局部应力，提供韧性。此次研究就是以微米级氧化铝陶瓷为“砖”，以金属为“砂浆”的思路而进行。挑战之处在于金属与陶瓷的有机结合。

研究团队采用了“冷冻铸造”（freeze-casting）来解决这个问题。冷冻铸造是一种将陶瓷颗粒混合在水中，利用温差冷冻诱导生长出多孔陶瓷，而在冰升华之后，就可以制备出结构复杂的多孔陶瓷结构。此前曾有用聚合物填充冷冻铸造氧化铝陶瓷的研究，而此次的研究则使用金属来替代聚合物。

此外，为了增加熔融金属与陶瓷的浸润结合，研究团队采用了锆基金属玻璃bulk-metallic glass（BMG）为砂浆，还添加了镁作为活性物质，另对陶瓷结构做了表面涂层等工作。该研究由能源部（DOE）和材料科学与工程部（MSED）等美国政府职能部门资助，并得到了劳伦斯国家实验室（LBNL）等科研机构的支持。

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https://www.nature.com/articles/s41467-019-08753-6

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