综述：可穿戴软体驱动系统在人-机-环境交互中的应用

这篇综述系统阐述了玻璃陶瓷（Glass-ceramics）的制备工艺（如溶胶-凝胶法、3D打印）、性能调控（如离子交换强化）及多领域应用（建筑/电子/生物医学），特别聚焦工业固废资源化（CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系）与功能化设计（La/Y/Ce掺杂），为绿色制造与高值化应用提供理论支撑。

　　

玻璃陶瓷：从基础研究到高值化应用的跨界材料

制备工艺

玻璃陶瓷的制备始于1950年代Corning公司发现的成核剂控制结晶技术。传统工艺通过精确控制玻璃化转变温度（T_g）和结晶温度（T_p）实现晶相调控，熔融法和烧结法是两大主流技术。前者将熔体浇铸至预热模具退火，后者通过水淬获得玻璃化粉末后热压成型。近年来，溶胶-凝胶法能制备纳米级均匀粉体，而3D打印技术通过逐层堆叠实现复杂结构成型，激光结晶法则可局部精确调控晶相分布。

原料革新与绿色制造

工业固废（如冶金渣、废玻璃）因成分与玻璃陶瓷原料相似度达85%，成为研究热点。CMAS（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂）体系玻璃陶瓷能有效固化重金属，但氯盐等杂质仍是技术难点。通过La、Y等稀土元素掺杂，可赋予材料特殊光学或电学性能。

性能调控策略

离子交换技术将玻璃中小半径Na⁺替换为K⁺，形成表面压应力层使抗弯强度提升3倍。TiO₂/ZrO₂作为成核剂可诱导析出纳米晶相，而相分离调控能获得蜂窝状微观结构。在生物医学领域，磷灰石相玻璃陶瓷（如A-W GC）通过表面羟基磷灰石层实现与骨组织化学键合。

多领域应用图谱

• 建筑领域：微晶玻璃板材凭借0.5×10^-6/K的超低热膨胀系数用于幕墙
• 电子器件：透明Al₂O₃-SiO₂体系作为手机屏幕基板
• 生物医学：含氟磷灰石玻璃陶瓷用于牙冠修复，抗折强度达400MPa
• 国防科技：轻质MgO-Al₂O₃-SiO₂体系复合装甲材料

未来挑战与突破

当前工业固废制备的玻璃陶瓷仍集中于低附加值建材，向电子/医疗领域跨越需解决重金属稳定性问题。通过机器学习辅助成分设计、飞秒激光微纳加工等前沿技术，或可打开高值化应用的新局面。