Journal of Advanced Ceramics

2025年第14卷第3期

10.26599/JAC.2025.9221037

导读

具有负介电常数、负磁导率等负物性参数的电磁超材料引起学术界广泛关注，2010年被《Materials Today》誉为是50年来材料科学十大进展之一。区别于传统电磁材料，其展现出负折射率、完美成像和超吸收等特性而在光学隐身、无线通讯、电磁波吸收屏蔽等领域具有广泛应用。在绝缘基体内引入随机分布的碳或金属导电相是制备超材料的重要方法之一。氮化硅陶瓷因具有高绝缘、高热导、耐高温、耐腐蚀以及优异的综合力学性能被认为是制备超材料的理想基体。

然而，目前制备氮化硅基超材料多局限于压力辅助烧结工艺和多孔基体浸渍工艺。压力辅助烧结如放电等离子体烧结、热压烧结等生产效率低，产品形状和尺寸也受到较大限制，不适合产业化放大，且由于氮化硅晶粒不能得到充分发育导致韧性变差。

本文中以力学性能优异的氮化硅陶瓷为基体，选用耐高温且热膨胀与基体匹配的金属钨颗粒作为第二相，设计制备了一种新型氮化硅基超材料。首次在无机械压力辅助的条件下实现了氮化硅基超材料的致密化制备，提出了一种具有产业化潜力的新型致密氮化硅基超材料。

文章亮点

本工作采用金属钨作为第二相，提出一种可在非机械压力辅助条件下致密化制备的新型氮化硅基超材料，该材料不仅致密化程度高，制备工艺适合产业化放大，而且氮化硅晶粒得到生长发育，保持高韧性优势。

此外，相对于其它导电相，金属钨的高熔点有效抑制了其在高温烧结过程中的团聚现象，其与氮化硅基体接近的热膨胀系数减少了热不匹配应力的产生，使材料更加稳定。

作者及研究团队简介

乔竹辉（通讯作者），中国科学院兰州化学物理研究所研究员，博士生导师，主要从事陶瓷增韧、轻合金锻造、特种材料的设计制备、失效分析及苛刻工况下长寿命服役行为研究。

刘学建（通讯作者），中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师，一直致力于氮化硅、碳化硅等非氧化物结构陶瓷材料的制备科学及工程化应用研究。

王鲁杰（第一作者），中国科学院兰州化学物理研究所副研究员，主要从事氮化硅结构陶瓷的强韧化、减摩抗磨设计，氮化硅晶须制备及其复合材料相关研究

Cite this article:

Wang L, Liu X, Qi Q, et al. A new type of dense silicon nitride-based metamaterial. Journal of Advanced Ceramics, 2025, 14(3): 9221037. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221037

广而告之

仙桃两刊正在着力打造以编委会、博士审稿团、先进陶瓷联谊会为基础的多层次“朋友圈”，不断扩大读者群，并从中形成一个优质的作者群。愿意加入本刊先进陶瓷联谊会的朋友请随时在期刊中文网站 (https://www.th-jac.com) 上注册。

先进陶瓷联谊会会员如果愿意加入本刊的微信交流群，请随时联系本刊执行主编龚江宏 (微信号：13801256332)。愿意加入本刊博士审稿团的朋友请在注册成为先进陶瓷联谊会会员之后随时联系本刊执行主编龚江宏 (微信号：13801256332)。

建议作者投稿前认真阅读期刊中文官网投稿指南栏目的相关文章。

Journal of Advanced Ceramics投稿指南

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。

期刊主页：https://www.sciopen.com/journal/2226-4108

投稿地址：https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer