氧空位对纯相Mg2TiO4陶瓷热物理性能的影响机制研究

研究人员通过两种无压烧结技术（常规空气烧结与真空热压烧结）制备高密度（～97%）纯相Mg2TiO4陶瓷，首次实验验证了氧空位驱动的声子-晶格软化机制对热导率（CS样品达最高值）和热膨胀系数（CTE）的显著调控作用，为反尖晶石体系在高温下的无序相变（>800°C）及声子散射过程提供了关键实验证据，揭示了氧空位对功能陶瓷热物理性能的负面效应。

　　

这项研究揭示了氧空位如何"暗中操控"纯相Mg₂TiO₄陶瓷的热物理性能。科研团队像制作"陶瓷盲盒"般，采用常规空气烧结（CS）和真空热压烧结（VS）两种工艺，成功制备出密度高达97%的完美样品。有趣的是，常规烧结样品意外夺得"导热冠军"头衔，而真空烧结样品由于氧空位浓度较高，其热导率表现平平——这就像在材料内部安插了无数"声子减速带"，通过声子-晶格软化机制大幅降低热传导效率。

当温度飙升至1683K时，两种样品的"热胀冷缩指数"（CTE）也展现出明显差异。计算机模拟曾预言反尖晶石材料在800°C以上会开启"集体狂欢模式"（无序相变），本研究首次用实验数据证实了这个预言。更令人意外的是，虽然氧空位常被视作功能材料的"得力助手"，但在这里却成了热物理性能的"绊脚石"。

淬火实验就像给陶瓷做"冰桶挑战"，5°C冷水反复淬火后样品仍保持稳定。但经过退火处理后，材料却像"分子积木"般解离出MgO和MgTiO₃相，这种相变行为为调控陶瓷性能提供了新思路。