近日，我所能源催化转化全国重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、朱雪峰研究员等提出陶瓷薄膜液相生长（Liquid-Phase Growth）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。
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。
杨维慎、朱雪峰等围绕固态氧离子、质子导体材料开展研究，前期在表面氧活化、界面反应及高性能陶瓷薄膜制备方面取得系列进展（Nano Lett.，2021；Sci. Adv.，2022；Appl. Catal. B，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2026；Angew. Chem. Int. Ed.，2026；Appl. Catal. B，2027）。本工作在此基础上从陶瓷膜致密化机制出发，提出液相介导的晶体生长新策略。
研究团队以熔点约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10 μm、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。该方法还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。
相关研究成果以“Liquid-Phase Growth of Dense Ceramic Films”为题，于近日发表在《自然—合成》（Nature Synthesis）上。该工作的第一作者为我所504组博士毕业生冯秋霞。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 朱雪峰、冯秋霞）
