降低热使新材料成为可能，同时节省能源

新工艺开发的宾夕法尼亚州立大学的研究人员，叫做冷烧结过程 (CSP)，打开一个窗口将不相容的材料，如陶瓷和塑料，合并成新的、 有用的化合物材料，和降低能源成本的许多类型的制造能力。

陶瓷是已知最古老的人造材料，可以追溯到几千年来数万。在那段时间几乎所有陶瓷都作了加热到高温，在窑中烧成或烧结陶瓷粉末在炉内，这两种需要大量的能量。

“在这个时代，当我们有需要令人难以置信的二氧化碳预算意识到，能源预算，反思很多我们的制造工艺，包括陶瓷、 成为绝对是至关重要的”说开发的过程和他的团队的材料科学与工程宾夕法尼亚州立大学教授兰德尔。”不仅是这一个低温过程 （室温至 200 摄氏度），而且我们也都在 15 分钟内加密一些材料到其理论密度的 95%以上。我们现在可以陶瓷比你可以烤比萨饼，更快和更低的温度。

在最近的文章中先进的功能材料，兰德尔和他的合著人描述共同烧结陶瓷和热塑性聚合物复合材料使用 CSP。三种类型的聚合物被选择，以配合性能的三种类型的陶瓷 — — 微波介电、 电解质和半导体 — — 以突出适用材料的多样性。这种复合材料表现出介电性能设计和两个离子和电子的电导率设计新的可能性。这些复合材料可在 15 到 60 分钟内烧结到高密度摄氏 120 度。

研究者认为，这个过程包括润湿陶瓷粉与水或酸溶液滴几滴。固体颗粒表面上的分解和部分溶于水，在粒子-粒子界面产生的液相。添加温度和压力会导致对流速和固体颗粒重新排列在初始致密化过程中水。然后在第二个过程中，粒子在哪里在联系人中，辅助扩散，然后最小化表面的原子或离子离开集群免费能源，允许将打包紧紧地在一起的微粒。关键知道水分、 压力、 热和捕捉反应速率，因此材料充分结晶，获取到非常高的密度所需时间的精确组合。

兰德尔说:”我看到冷烧结过程一系列不同的挑战，”。”在一些系统中，它是那么容易，你不需要的压力。在别人你做。在一些你需要使用纳米粒子。在其他国家，你可以侥幸纳米颗粒和较大的颗粒的混合物。这真的都取决于系统和你正在谈论的化学药水。

宾夕法尼亚州立大学队已开始使用 CSP 对各种材料系统所需的精确技术图书馆建设，50 个进程与验证的日期。这些包括陶瓷陶瓷复合材料、 陶瓷基纳米复合材料、 陶瓷-金属，以及本文讨论了陶瓷-聚合物。

现已开放探索 csp 的其他领域包括建筑的材料，如陶瓷砖、 保温隔热、 生物医学植入物和许多类型的电子元器件。

“我希望是，大量的已经存在的制造流程将能够使用此过程中，我们可以学习从聚合物制造的做法，”兰德尔结束。

在”冷烧结过程的复合材料︰ 桥接加工温度差距的陶瓷和高分子材料”的作者分别博士后学者靖郭和汉正街郭博士候选人赛斯 Berbano 研究与开发工程师阿曼达 · 贝克和迈克尔 Lanagan 教授的工程科学与力学，宾夕法尼亚州立大学材料研究所的所有部分。

国家自然科学基金作为电介质和压电和 NSF ERC 协助计划，3 米科学和技术奖学金和能量门部奖学金为中心的一部分支持这项工作。