通讯作者李巨通讯单位麻省理工学院论文DOI10.1016/j.scriptamat.2026.1174821. 背景铜氧化物高温超导体的发现极大拓展了凝聚态物理和功能材料研究但新超导相的探索仍高度依赖经验筛选。传统固相烧结通常需要数小时到数天并常伴随反复研磨、再烧结或氧退火难以支撑高通量材料空间搜索。与此同时许多氧化物超导相与高温亚稳结构、非平衡冷却和氧含量调控密切相关因此能够在空气中快速升温、短时保温并快速冷却的热冲击方法有望成为加速超导氧化物合成条件筛选的重要工具。2. 论文概要2026年7月4日麻省理工学院李巨教授团队在国际期刊《Scripta Materialia》发表研究报道了在空气中利用热冲击快速合成 Bi-Sr-Ca-Cu-O 超导相的方法。作者以预氧化钨片作为非碳基电阻发热体通过间接焦耳加热使冷压前驱体在约 20 s 内经历热处理温度曲线显示升温速率约 200 K s-1、冷却速率约 300 K s-1并在约 1100 K 附近短时平台保温。DC 和 AC 磁化率测试证实热冲击样品出现 90-92 K 的超导转变结果与 Bi2Sr2CaCu2O8yBi-2212相一致相比 12 h 单步固相烧结热冲击可使超导相形成速度提高约 100 倍并进一步被扩展用于 Y-Ba-Cu-O 超导体合成显示出快速筛选超导氧化物化学空间和工艺窗口的潜力。3. 图文解读图文摘要 热冲击将铜氧化物超导合成从小时级压缩到秒级图文摘要概括了论文主线氧化物前驱体经 W/WO3-x 基底间接焦耳加热在空气中完成秒级热冲击处理并获得约 90-92 K 的超导响应下方时间-温度对比显示热冲击TS相较传统固相烧结SSS显著缩短热处理时间使其更适合快速工艺筛选。图 1 空气中热冲击装置与预氧化钨加热基底图 1 展示了实验装置冷压 Bi-Sr-Ca-Cu-O 前驱体小片被夹在两条钨片之间电流经石墨板传导至钨片前驱体由钨片间接焦耳加热预氧化形成的 WO2.9/WO3 表层提高了空气中加热的均匀性和适用性避免了常见碳基发热体在氧化气氛下不适合铜氧化物合成的问题。图 2 20秒热冲击过程的温度、电压与电流密度图 2 给出了标准 20 s TS 处理的过程参数样品快速升至约 1100 K 并维持短时平台断电后快速冷却电压和电流密度曲线显示通电阶段较稳定说明该装置能够在秒级尺度提供可控热历史这是实现快速超导相筛选的工艺基础。图 3 磁性测试确认 90-92 K 超导转变图 3 是超导性的核心证据ZFC/FC 曲线在约 92 K 开始分离AC 磁化率 χ′ 峰起始对应 90-92 K 的超导出现与 12 h 固相烧结样品约 79 K 的转变相比TS-20s 获得了更高的 Tc 区间同时相生长速率约提高 100 倍但论文也指出 χ′′ 尖峰缺失反映超导网络连通性仍不足、相分数和重复性有待提升。图 4 SEM 对比揭示短时热冲击的非平衡微结构图 4 对比了 12 h 固相烧结和 20 s 热冲击样品的形貌固相烧结样品形成明显片状晶粒和片状团聚体体现长时间高温下充分晶粒长大热冲击样品则更疏松多孔局部出现较小且发育不完全的片状特征说明秒级热历史足以诱导超导相关相生成但晶粒长大和相连通仍未充分完成。图 5 XRD 显示 Bi-2212/Bi-2201 相关相快速生成图 5 对比了前驱体、SSS-12h 和 TS-20s 的 XRD 图谱固相烧结样品出现与 Bi-2212 和 Bi-2201 一致的衍射峰热冲击样品在 20 s 后同样出现 Bi-2212/Bi-2201 相关峰但仍可见未反应前驱体信号说明热冲击已快速触发超导相关相形成不过反应完全性和相纯度仍需通过前驱体均匀化与工艺优化进一步提高。4. 总结展望这项研究的核心价值在于把铜氧化物超导体合成从传统小时级固相反应推进到秒级非平衡热处理预氧化钨片提供了可在空气中运行的间接焦耳加热平台使 Bi-Sr-Ca-Cu-O 前驱体在 20 s 内形成 90-92 K 超导响应并为 Y-Ba-Cu-O 等体系的快速筛选提供了方法参考。当前限制也很明确热冲击样品仍存在相分数有限、超导网络连通性不足和重复性偏低等问题后续若能在纳米尺度前驱体混合、温度-时间窗口精细调控、加热基底耐久性和化学稳定性方面继续优化该策略有望成为高温超导氧化物快速发现与工艺筛选的重要平台。文献信息Vivienne Yiwei Liu, Weiyin Chen, Yimeng Huang, Zihan Lin, Ethan Yupeng Zheng, Yaoshen Niu, Bowen Zhang, Ju Li. Ultrafast synthesis of Bi–Sr–Ca–Cu–O superconductor within seconds via thermal shock, Scripta Materialia, 2026, 117482, ISSN 1359-6462, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2026.117482.延伸资料焦耳热技术文献资料库聚焦焦耳热技术在材料合成、能源催化、储能、环境修复、热处理及先进制造等领域的应用我们整理了一套焦耳热技术文献资料库可作为课题调研、论文追踪、实验方案设计和应用方向拓展的参考资料。资料库目前覆盖9 个焦耳热技术应用方向D1材料合成与改性D2能源转化与催化D3能源存储D4资源回收与环境修复D5热处理D6材料表面工程D7先进制造与加工D8生物医学D9食品加工与农业如需获取资料包可后台私信焦耳热文献库我们将发送资料包获取方式也欢迎进一步交流焦耳热技术在材料快速合成、催化剂制备和高温处理中的应用。
通讯作者李巨通讯单位麻省理工学院论文DOI10.1016/j.scriptamat.2026.1174821. 背景铜氧化物高温超导体的发现极大拓展了凝聚态物理和功能材料研究但新超导相的探索仍高度依赖经验筛选。传统固相烧结通常需要数小时到数天并常伴随反复研磨、再烧结或氧退火难以支撑高通量材料空间搜索。与此同时许多氧化物超导相与高温亚稳结构、非平衡冷却和氧含量调控密切相关因此能够在空气中快速升温、短时保温并快速冷却的热冲击方法有望成为加速超导氧化物合成条件筛选的重要工具。2. 论文概要2026年7月4日麻省理工学院李巨教授团队在国际期刊《Scripta Materialia》发表研究报道了在空气中利用热冲击快速合成 Bi-Sr-Ca-Cu-O 超导相的方法。作者以预氧化钨片作为非碳基电阻发热体通过间接焦耳加热使冷压前驱体在约 20 s 内经历热处理温度曲线显示升温速率约 200 K s-1、冷却速率约 300 K s-1并在约 1100 K 附近短时平台保温。DC 和 AC 磁化率测试证实热冲击样品出现 90-92 K 的超导转变结果与 Bi2Sr2CaCu2O8yBi-2212相一致相比 12 h 单步固相烧结热冲击可使超导相形成速度提高约 100 倍并进一步被扩展用于 Y-Ba-Cu-O 超导体合成显示出快速筛选超导氧化物化学空间和工艺窗口的潜力。3. 图文解读图文摘要 热冲击将铜氧化物超导合成从小时级压缩到秒级图文摘要概括了论文主线氧化物前驱体经 W/WO3-x 基底间接焦耳加热在空气中完成秒级热冲击处理并获得约 90-92 K 的超导响应下方时间-温度对比显示热冲击TS相较传统固相烧结SSS显著缩短热处理时间使其更适合快速工艺筛选。图 1 空气中热冲击装置与预氧化钨加热基底图 1 展示了实验装置冷压 Bi-Sr-Ca-Cu-O 前驱体小片被夹在两条钨片之间电流经石墨板传导至钨片前驱体由钨片间接焦耳加热预氧化形成的 WO2.9/WO3 表层提高了空气中加热的均匀性和适用性避免了常见碳基发热体在氧化气氛下不适合铜氧化物合成的问题。图 2 20秒热冲击过程的温度、电压与电流密度图 2 给出了标准 20 s TS 处理的过程参数样品快速升至约 1100 K 并维持短时平台断电后快速冷却电压和电流密度曲线显示通电阶段较稳定说明该装置能够在秒级尺度提供可控热历史这是实现快速超导相筛选的工艺基础。图 3 磁性测试确认 90-92 K 超导转变图 3 是超导性的核心证据ZFC/FC 曲线在约 92 K 开始分离AC 磁化率 χ′ 峰起始对应 90-92 K 的超导出现与 12 h 固相烧结样品约 79 K 的转变相比TS-20s 获得了更高的 Tc 区间同时相生长速率约提高 100 倍但论文也指出 χ′′ 尖峰缺失反映超导网络连通性仍不足、相分数和重复性有待提升。图 4 SEM 对比揭示短时热冲击的非平衡微结构图 4 对比了 12 h 固相烧结和 20 s 热冲击样品的形貌固相烧结样品形成明显片状晶粒和片状团聚体体现长时间高温下充分晶粒长大热冲击样品则更疏松多孔局部出现较小且发育不完全的片状特征说明秒级热历史足以诱导超导相关相生成但晶粒长大和相连通仍未充分完成。图 5 XRD 显示 Bi-2212/Bi-2201 相关相快速生成图 5 对比了前驱体、SSS-12h 和 TS-20s 的 XRD 图谱固相烧结样品出现与 Bi-2212 和 Bi-2201 一致的衍射峰热冲击样品在 20 s 后同样出现 Bi-2212/Bi-2201 相关峰但仍可见未反应前驱体信号说明热冲击已快速触发超导相关相形成不过反应完全性和相纯度仍需通过前驱体均匀化与工艺优化进一步提高。4. 总结展望这项研究的核心价值在于把铜氧化物超导体合成从传统小时级固相反应推进到秒级非平衡热处理预氧化钨片提供了可在空气中运行的间接焦耳加热平台使 Bi-Sr-Ca-Cu-O 前驱体在 20 s 内形成 90-92 K 超导响应并为 Y-Ba-Cu-O 等体系的快速筛选提供了方法参考。当前限制也很明确热冲击样品仍存在相分数有限、超导网络连通性不足和重复性偏低等问题后续若能在纳米尺度前驱体混合、温度-时间窗口精细调控、加热基底耐久性和化学稳定性方面继续优化该策略有望成为高温超导氧化物快速发现与工艺筛选的重要平台。文献信息Vivienne Yiwei Liu, Weiyin Chen, Yimeng Huang, Zihan Lin, Ethan Yupeng Zheng, Yaoshen Niu, Bowen Zhang, Ju Li. Ultrafast synthesis of Bi–Sr–Ca–Cu–O superconductor within seconds via thermal shock, Scripta Materialia, 2026, 117482, ISSN 1359-6462, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2026.117482.延伸资料焦耳热技术文献资料库聚焦焦耳热技术在材料合成、能源催化、储能、环境修复、热处理及先进制造等领域的应用我们整理了一套焦耳热技术文献资料库可作为课题调研、论文追踪、实验方案设计和应用方向拓展的参考资料。资料库目前覆盖9 个焦耳热技术应用方向D1材料合成与改性D2能源转化与催化D3能源存储D4资源回收与环境修复D5热处理D6材料表面工程D7先进制造与加工D8生物医学D9食品加工与农业如需获取资料包可后台私信焦耳热文献库我们将发送资料包获取方式也欢迎进一步交流焦耳热技术在材料快速合成、催化剂制备和高温处理中的应用。
