牛！這個“透明陶瓷”能讓激光“唱歌”！青大物理學院打破國外技術(shù)壟斷……

青島新聞網(wǎng)12月10日訊（記者 劉文超）陶瓷碗、陶瓷鍋比較常見，但是像玻璃一樣透明的陶瓷您見過嗎？這種陶瓷還能為光賦能，成功實現(xiàn)激光調(diào)制！日前，記者在青島大學物理科學學院見證了這一“逆天”科技成果的神奇。

從國外壟斷到自主研發(fā)

眾所周知，陶瓷通常是不透明的，因為普通陶瓷里存在很多微小氣孔和大量晶界，“折射＋散射”雙管齊下，幾乎所有的光線都無法透過陶瓷，因此制備高透光率的功能陶瓷一直以來是一個較大的挑戰(zhàn)。

經(jīng)過十幾年研究，青島大學物理科學學院張永成博士帶領(lǐng)研究生團隊，成功制備出高度透明的稀土元素摻雜改性PMN-PT電光陶瓷，并成功打破國外對該項技術(shù)的壟斷。“這個材料原先是被卡脖子的，國內(nèi)很難買到。10年前聯(lián)系國外廠家想購買關(guān)鍵制備設備，報價38萬美元，而現(xiàn)在已接近100萬美元，由于沒有那么多經(jīng)費支持，沒辦法只能從零開始。

“張永成介紹道，”由于整個工藝流程的參數(shù)比較多，自主研發(fā)設備的穩(wěn)定性差，雖然早期偶爾會做出比較好的樣品，但接下來的很長一段時間內(nèi)，多次實驗都無法復制。沒辦法只能逐一核對數(shù)據(jù)，逐個工藝參數(shù)優(yōu)化。最終用比較廉價的設備，依靠精準的工藝控制，做出性能非常好的材料?，F(xiàn)在我們的PMN-PT材料目前在國內(nèi)是領(lǐng)先的，在國際上也僅次于美國的波士頓科技公司?！?/p>

它能讓激光“唱歌”

記者來到張永成團隊的實驗室看到，10平方米左右的實驗室里更像一個“LOFT”，樓上進行理論研究和數(shù)據(jù)計算，樓下存放著滿滿當當實驗設備，以及他們最重要的電光調(diào)制系統(tǒng)，用以展示透明陶瓷的材料性能。如何實現(xiàn)將一首歌曲在自由空間通過激光傳輸，張永成在現(xiàn)場進行了演示。手機播放的音樂被轉(zhuǎn)換成電源信號施加在透明陶瓷片上，一束未攜帶任何信息的紅色激光，穿過大小為3乘以5毫米的透明陶瓷片后抵達接收器，音樂隨之響起。如果用卡片阻擋激光，聲音就會消失。

據(jù)張永成介紹，這種給光賦能的新技術(shù)，可以讓激光傳輸信息擁有無限可能。與通過無線電波通信相比，激光通信具有距離遠、速度快、保密性好的優(yōu)勢。張永成團隊還基于自主制備的PMN-PT基高性能壓電陶瓷設計制作出高頻醫(yī)學超聲探頭，實現(xiàn)了血管壁的超聲成像和檢測。

透明陶瓷未來大有用武之地

科研工作絕非一帆風順，但張永成團隊卻從沒想過更換賽道，十幾年來，他們始終在一個材料體系中探索研究。正是憑借著科研人埋頭骨干的科研精神，張永成帶領(lǐng)團隊從無到有，從關(guān)鍵設備研發(fā)、到最原始的粉體制備，再經(jīng)過成型、燒結(jié)、性能測量、微結(jié)構(gòu)研究等環(huán)節(jié)，最后到應用效果的演示，終于在光通信領(lǐng)域核心器件的關(guān)鍵材料取得重大突破，并正在研發(fā)高性能電光器件。該團隊近期還成功制備出高性能透明壓電陶瓷，這種新型材料可以應用與光聲成像無損檢測技術(shù)和水聲換能器技術(shù)，它兼具光學成像和超聲成像的優(yōu)點，在癌癥早期篩查、血液疾病診斷、海洋探測等方面優(yōu)勢突出。

高度透明PMN-PT電光/壓電陶瓷的成功制備，為研制高性能電光器件/醫(yī)療器件/聲吶器件提供了核心材料，解決了原材料卡脖子的問題。與單晶相比，陶瓷材料具有制備周期短、生產(chǎn)成本低、摻雜濃度高、組分均勻、器件加工簡單、可制成尺寸大、形狀復雜的制品等優(yōu)點。未來，有助于我國新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、醫(yī)養(yǎng)健康產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，無論是在我們的日常生活領(lǐng)域，還是在成百上千米深的海底，抑或是在廣袤無垠、環(huán)境極端的太空，透明陶瓷都有用武之地。

相關(guān)新聞

解決心臟止血難題，榮獲國防科技創(chuàng)新大賽一等獎

近年來，青島大學物理科學學院科研團隊碩果累累，在多個前沿科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新突破。

龍云澤教授團隊在國際上率先成功研制出適用于野外環(huán)境的手持納米止血敷料槍，并提出一種不需要手術(shù)縫合的兩步法止血新技術(shù)，為心臟貫穿性傷口快速止血提供了切實可行的解決方案，該成果榮獲國防科技創(chuàng)新大賽一等獎。

在許多外科手術(shù)中，止血是一項繁瑣且艱巨的任務，特別是面對心臟大出血時，一般會采用紗布填塞、激光灼燒、噴止血凝膠等手段。受傷口形狀不規(guī)則、跳動時產(chǎn)生的收縮壓、心臟組織易損傷等因素制約，常規(guī)物理止血手段，效果往往不盡如人意。如何為心臟創(chuàng)傷快速止血，一直是困擾醫(yī)學界的棘手問題，如今這一難關(guān)被龍云澤團隊攻克，該團隊圍繞手持納米止血敷料槍設計的兩步法止血技術(shù)，目前已在豬等大型動物上證實了有效性。

“跳動心臟大出血是目前最難止住的出血類型，一般心臟受傷后，生還概率非常低。豬的心臟大小與結(jié)構(gòu)和人的心臟最為接近，在北京實驗的實驗室里，我們的技術(shù)4分鐘內(nèi)就能將出血完全止住，效果非常好。”青島大學物理科學學院副院長龍云澤介紹道。

在龍云澤團隊的實驗室里，記者見到了初代產(chǎn)品手持靜電紡絲裝置，這個和體溫槍差不多大小的演示樣品，很好詮釋了手持納米止血敷料槍的工作原理。在注入特定液體后，通過靜電紡絲技術(shù)在針頭處產(chǎn)生比頭發(fā)絲還細的微納米纖維。這層白色納米纖維膜，1分鐘內(nèi)就能附著在皮膚上，像一個高配版的“創(chuàng)可貼”，可以快速有效覆蓋傷口，十分神奇。據(jù)龍云澤介紹，通過靜電紡絲技術(shù)產(chǎn)生的納米纖維膜，具有密度小、空隙小、附著力強、貼合性好等特點?！八邆涫裁垂δ埽Q于他的液體是什么成分。比如液體上具有美容成分，在皮膚上就能產(chǎn)生美容功能；加入促進燒、創(chuàng)傷愈合的成分，就能促進傷口愈合?！饼堅茲杀硎?。值得一提的是，該項設備最大的亮點是體積小，方便攜帶，可適用于野外環(huán)境。

在野外環(huán)境中心臟大出血，如果不能及時止血，后續(xù)救治工作根本無法展開，這無疑是在和死神賽跑。

龍云澤團隊研發(fā)的手持納米纖維敷料槍，可以快速修補心臟、動脈等創(chuàng)口，并耐受住血液流動或心臟收縮時產(chǎn)生的壓力。龍云澤進一步解釋說，第一步相當于用具有良好生物相容性和凝血特性的復合納米纖維膜（聚乳酸/明膠/可吸收止血微球）制成的錐形心臟止血塞，來快速阻斷心臟創(chuàng)口大出血，塞子吸血后迅速膨脹，起到讓傷口止血的作用；第二步是利用靜電技術(shù)，讓醫(yī)用膠納米纖維膜緊密貼合在不平整的創(chuàng)面，在固定止血塞的同時，解決創(chuàng)面可能存在的滲血問題。納米纖維膜的孔隙非常細微，可以起到很好的密封作用，同時材料可生物降解，被人體吸收，既保障安全，又可避免取出材料造成二次創(chuàng)傷。

從2014年開始，龍云澤團隊就啟動了對手持靜電紡絲裝置和納米纖維敷料槍的研發(fā)。經(jīng)過多年研究，原位快速精準噴涂納米纖維敷料的技術(shù)已十分成熟，曾榮獲國防科技創(chuàng)新大賽一等獎、山東省自然科學二等獎、三等獎等。

龍云澤長期從事靜電紡絲納米纖維、功能納米材料的制備、性能及應用研究。他告訴記者，該項技術(shù)除了用于解決外科手術(shù)醫(yī)學難題，在美容、空氣過濾、教學儀器等領(lǐng)域，擁有十分廣闊的應用場景。相比于熔噴布作為過濾層的口罩，納米纖維膜是更為優(yōu)質(zhì)的過濾材料，如果用作口罩，PM2.5、PM0.3都能過濾，PM0.3就是許多病菌的尺寸了，可以讓人通氣更容易，呼吸更順暢。“與目前大多空氣凈化器中使用的HEPA（高效過濾膜）相比，相同的過濾效果下，納米纖維過濾膜的空氣通過率更高，膜兩側(cè)壓力差也更小。更為關(guān)鍵的一點是，成本低?！?/p>