pH介导的双相平衡调控与Y2O3–MgO复合材料的微观结构优化：提升其中红外波段的透明性

《ACS Applied Materials & Interfaces》：pH-Mediated Dual-Phase Equilibrium Manipulation and Microstructural Optimization of Y2O3–MgO Composites for Enhanced Mid-Infrared Transparency

Y?O?–MgO复合材料通过pH控制的共沉淀-溶热耦合工艺优化相平衡与微观结构，实现高透光率（85%@6.2μm）、超细晶粒（129±4nm）及优异力学性能，为多功能陶瓷设计提供新范式。

　　

Y₂O₃–MgO复合材料是适用于极端环境的中红外透明材料。然而，它们的光学和机械性能受到微观结构缺陷的限制，包括非理想的相组成、过度的晶粒生长以及不均匀的相分布。传统的共沉淀方法难以同时实现Y³⁺和Mg²⁺的沉淀，因为它们的溶解度积不同，导致纳米粉末的成分分离和陶瓷性能下降。为了解决这个问题，我们开发了一种具有精确pH控制（9.31–11.56）的共沉淀-溶剂热耦合工艺，以调控双相平衡和微观结构。该策略提高了过饱和度，从而加速了成核过程（通过Gibbs–Thomson效应），使得在高pH值（≥10.84）下能够完全沉淀Mg²⁺，并实现了前驱体的原子级均匀化。经过pH优化的纳米粉末制备出的热压陶瓷具有近乎完美的1:1相体积比、超细晶粒（129 ± 4 nm）以及高相均匀性（α_f > 0.9）。这些陶瓷表现出优异的性能：在6.2 μm波长的最大透射率为85%（7 μm波长的透射率为79%，为迄今为止报道的最高值），具有最宽的透射窗口（1.0–11.5 μm，接近理论极限），以及较高的硬度（11.19 GPa）和韧性（2.43 MPa m^1/2）。这项工作引入了pH介导的相平衡控制方法，作为设计高性能氧化物复合材料的通用途径。通过解决基本的沉淀不匹配问题，它为多功能陶瓷系统的微观结构优化提供了一条通用方法。