中科院大连化物所杨维慎、朱雪峰团队推出液相生长全新方案，成功实现陶瓷薄膜低温致密化生长，在常压 800℃条件下就制备出致密、成分均匀的钇掺杂锆酸钡（BZY）质子导体陶瓷薄膜，突破了传统陶瓷薄膜必须 1600℃以上高温固相烧结的固有思路，相关成果已经发表在《Nature Synthesis》期刊。传统工艺想要把陶瓷薄膜烧到致密状态，需要极高温度，不仅能耗巨大，还容易出现元素挥发、成分偏析、膜层和基底之间发生有害界面反应，直接拉低固态电池、燃料电池等器件的电化学稳定性，这也是陶瓷薄膜领域长期很难解决的技术痛点；本次新策略选用熔融碳酸盐作为液相反应介质，依靠底层晶种层引导晶体定向成核、连续生长，不靠高温固相扩散来完成致密化，整套流程分为熔化、前驱体溶解反应、成核、晶体生长成膜几个阶段。接下来团队会继续验证这套陶瓷薄膜低温致密化生长方案的材料适配范围，拓展到更多陶瓷体系，同时推进大面积制膜、金属基底兼容的工艺优化，后续有望降低固态电池、质子陶瓷燃料电池的制造门槛，减少高温工艺带来的器件性能损耗。
一、研究核心信息清单
- 研发单位：中科院大连化学物理研究所，能源催化转化全国重点实验室 504 组
- 通讯作者：杨维慎、朱雪峰
- 发表期刊：Nature Synthesis
- 核心技术名称：液相生长（Liquid-Phase Growth，LPG）策略
- 验证材料：钇掺杂锆酸钡（BZY，熔点约 2700℃，质子导体陶瓷）
- 制备条件：常压、800℃
- 薄膜样品参数：厚度约 10μm，成分均匀、结构致密
- 传统工艺温度：＞1600℃高温固相烧结
- 核心优势：抑制元素挥发、杂相生成、界面元素互扩散
- 适配方向：固态电池电解质、质子陶瓷燃料电池、能源转换器件
二、传统高温烧结与液相生长新策略对比表
| 对比项目 | 传统高温固相烧结 | 液相生长新策略（低温致密化） |
|---|---|---|
| 工作温度 | 1600℃以上 | 800℃常压 |
| 致密化原理 | 高温下颗粒固相扩散、烧结融合 | 液相介质溶解前驱体，晶种引导晶体定向生长连成片 |
| 材料风险 | 容易元素挥发、成分偏析、界面互反应 | 明显抑制挥发、偏析、界面不良反应 |
| 能耗水平 | 高，高温炉能耗大 | 大幅降低 |
| 基底兼容性 | 很多金属基底无法耐受超高温 | 可兼容更多金属基底材料 |
| 成片难度 | 大面积薄膜容易开裂、缺陷多 | 支持大面积陶瓷薄膜制备 |
三、液相生长实现陶瓷薄膜低温致密化的四步过程
- 介质熔化：碳酸盐体系升温熔化成液态反应环境
- 溶解反应：陶瓷前驱体在液相里面溶解、发生化学反应
- 定向成核：底部预制晶种层引导晶体有序成核
- 连续生长：晶体持续长大、互相连接，最终形成无明显孔洞的致密陶瓷薄膜
四、后续重点跟踪步骤
- 跟踪团队拓展更多陶瓷材料体系测试，判断该陶瓷薄膜低温致密化策略通用性
- 关注大面积薄膜制备工艺优化，看能否满足产业化卷材或者大尺寸片材需求
- 跟踪固态电池、质子燃料电池单电池长时间循环测试数据
- 留意工艺放大成本、设备门槛评估，判断离工业化落地距离
- 观察同行团队跟进、复刻该陶瓷薄膜低温致密化生长路线的相关研究进展
【常见问题】
问题 1：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略是什么原理？
回答 1：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略是液相生长方案，依靠熔融碳酸盐作为液相介质，搭配晶种层调控晶体成核和定向生长，不用高温固相扩散，在 800℃常压下就能得到致密陶瓷薄膜。
问题 2：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略对比传统高温烧结好在哪里？
回答 2：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略温度更低、能耗更低，能够抑制元素挥发、成分偏析和基底界面反应，同时兼容更多基底，更容易制备大面积高质量陶瓷薄膜。
问题 3：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略主要能用在哪些场景？
回答 3：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略主要面向固态电池电解质膜、质子陶瓷燃料电池、各类能源转换器件，也有机会拓展到其他需要致密功能陶瓷薄膜的电子材料领域。
问题 4：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略现在能不能直接工业化量产？
回答 4：陶瓷薄膜低温致密化生长新策略目前属于实验室验证阶段，已经证明原理可行，还需要继续做工艺放大、稳定性、成本测试，距离大规模工业化量产还有一段研发周期。
【参考资料】
[2026-11-12]（研究实现陶瓷薄膜低温致密化制备）河北省科学技术厅
[2026-11-09]（我所发展液相生长新策略实现陶瓷薄膜低温致密化制备）中国科学院大连化学物理研究所官网
[2026-11-09]（Liquid-Phase Growth Strategy Enables Low-Temperature Densification of Ceramic Films）大连化物所英文官网
[2026-10-29]（Liquid-Phase Growth Strategy Enables Low-Temperature Densification of Ceramic Films）Nature Synthesis
[2025-12-10]（我所开发自压缩应力策略促进非对称陶瓷膜致密化）中科院大连化物所
【免责声明】
本文仅为公开科研成果客观梳理，陶瓷薄膜低温致密化生长新策略当前处于实验室研究阶段，材料适配、工艺放大、量产成本、器件长期稳定性都还存在不确定性；文中内容不构成材料创业、设备投资、固态电池相关标的投资建议；科研信息来源为研究所官网、学术期刊，不对后续工艺迭代、产业化落地进度做保证，详细技术方案以研究团队正式论文及后续公开成果为准。