高熵陶瓷是一种新兴的近等摩尔多组元单相固溶体陶瓷材料, 特别是过渡金属碳化物、过渡金属硼化物等过渡金属非氧化物高熵陶瓷体系, 其具有超高硬度、低热导和抗腐蚀等优异的理化性能, 在航空航天、核能和高速切削加工等极端环境有着广阔的应用前景。目前, 高熵陶瓷材料研究尚处于起步阶段, 主要集中在成分设计、制备方法、单相形成能力和力学性能评价等方面, 设计依据和理论方面的研究还相对较少。本文从高熵效应和高熵合金出发, 综述了过渡金属非氧化物高熵陶瓷的制备、表征和理论研究进展, 同时介绍了部分相关的高熵陶瓷涂层研究现状, 总结并展望了非氧化物高熵陶瓷的未来前景和发展方向。

合适的树脂基陶瓷浆料的制备对陶瓷光固化成型技术而言至关重要。本文研究了氧化锆粉体的性质, 包括比表面积、粒度与粒径分布、颗粒形貌等因素对树脂基浆料流变行为的影响。研究发现: 粉体的比表面积是影响浆料粘度的最主要因素。选择低比表面积、形貌接近球形的粉体更容易制备出低粘度的浆料。利用Krieger-Dougherty模型研究了粉体固含量对浆料流变行为的影响。在1550 ℃烧结得到了相对密度为(97.83±0.33)%的氧化锆陶瓷, 未发现明显的晶粒异常长大, 表明基于流变学表征方法对浆料制备参数进行优化后, 采用光固化技术可以制备出复杂结构、高质量的氧化锆陶瓷。

三维打印结合高分子前躯体制备生物陶瓷材料由于制备工艺简单, 在骨组织工程修复领域引起了极大的关注。本文成功利用三维打印技术与高分子硅胶前躯体结合, 通过填充活性CaCO₃和惰性ZrO₂制备出ZrO₂掺杂的β-Ca₂SiO₄支架。制备得到的支架具有均一、连通的大孔结构(孔隙率>67%), 随着掺杂ZrO₂含量的增加, 支架的抗压强度明显提高, 并且促进成骨细胞增殖、分化。重要的是在动物体内实验发现, 相较于纯的β-Ca₂SiO₄支架, ZrO₂的掺入明显提高了支架在骨缺损处促进新骨形成的能力。因而, 通过三维打印结合高分子前躯体技术制备掺杂ZrO₂的β-Ca₂SiO₄支架有望应用于骨组织工程。

有机/无机杂化的介孔有机硅纳米颗粒因其高的比表面积、丰富的介孔孔道、功能性的骨架以及高的药物装载量等特点而在生物医学领域受到广泛关注。本研究提出以二硫键桥接的有机/无机杂化介孔有机硅纳米颗粒为载体共装载化疗药物和光热剂, 设计制备以DNA分子作为控释“开关”修饰介孔有机硅纳米颗粒的纳米递送系统(ICG/DOX-MONs @DNA₂₀)。该纳米递送系统结合了光热剂的光热效应以及DNA分子随温度升高而从颗粒表面脱附的特性, 可实现近红外光照射激发药物在肿瘤细胞中的控制释放, 同时获得药物化疗-光热联合治疗肿瘤的效果。实验结果表明, 纳米递送系统在近红外光照下能迅速升温至43 ℃以上的热疗温度, 而且在37 ℃条件下6 h内仅缓慢释放药物12.3%, 而当温度升至43 ℃时则快速释放药物52.4%; 细胞实验显示该纳米递送系统能够被HeLa肿瘤细胞吞噬, 在近红外光照下有明显的药物化疗-光热联合治疗效果。因此, ICG/DOX-MONs@DNA₂₀纳米递送系统在药物化疗-光热联合治疗肿瘤方面具有应用前景。