会聚技术与陶瓷低温烧结

会聚技术与陶瓷材料的低温烧结周坚（上海晶淳新材料有限公司 201600）摘要本文首先介绍了会聚技术的基本内容，揭示了会聚技术中的认知科学、纳米科学与技术、生物技术、信息技术与陶瓷材料的相互联系，陶瓷材料具有生物特性，能感知环境的变化，并提出了用会聚技术来解决陶瓷低温烧结问题的新思路、新方法，应用这种新方法已在氧化铝陶瓷的低温烧结上取得较好的进展。

关键词会聚技术、陶瓷材料、低温烧结、氧化铝陶瓷NBIC and Low Temperature Sinter of CeramicsZhou jian（Shanghai Jingchun New Materials Co.Ltd 201600）Abstract This article describes the basic meaning of NBIC. The relationship was discussed ceramics with cognitive science, nanoscale science and technology, biotechnology and information technology. Ceramics has a biological characteristics.it can feel the changes of circumstances.A new method of low temperatures sinter of ceramics was established by application NBIC. The application of new methods, A good progress was achieved in sinter of alumina ceramics.Key words NBIC;CERAMICS;LOW TEMPERATURE SINTER;ALUMINA CARAMICS1 ＮＢＩＣ会聚技术是什么２００１年１２月，美国商务部、国家科学基金会和国家科技委员会纳米科学工程与技术分委会在华盛顿联合发起了一次由科学家、政府官员等各界顶级人物参加的圆桌会议，会议就“提升人类技能的会聚技术”议题进行研讨，首次提出了“ＮＢＩＣ会聚技术”的概念。

“ＮＢＩＣ会聚技术”是指当时迅速发展的四大科技领域的协同与融合，即：纳米科学与技术、生物技术（包括生物制药及基因工程）、信息技术（包括先进计算与通信）、认知科学（包括认知神经科学）。

四大领域英文首字母缩写为ＮＢＩＣ。

４个领域的技术当前都在迅速发展，每一个领域都潜力巨大，其中任何技术的两两或交叉融合、会聚或者集成，都将产生难以估量的影响。

“ＮＢＩＣ会聚技术”代表着研究与开发新的前沿领域，其发展将显著改善人类生命质量，提升和扩展人的技能，这四大前沿技术的融合还将缔造全新的研究思路和全新的经济模式，将大大提高整个社会的创新能力和国家的生产力水平，从而增强国家的竞争力，也将对国家安全提供更强有力的保障。

四大领域中认知科学是会聚技术的基本点。

认知科学涉及生物学、心理学、细胞学、脑科学、遗传学、神经科学、语言学、逻辑学、信息科学、人工智能、数学、人类学等多个领域，是多科学交叉研究的学科。

认知科学在会聚技术中起着设计、指挥和协调的重要作用。

正如美国国家科学基金会主持编写的《提升人类能力的会聚技术》报告中所说：“如果认知科学家能够想到它，纳米科学家就能够制造它，生物科学家就能够使用它，信息科学家就能够监视和控制它。

”众所周知，纳米科学与技术是材料科学的基础上发展起来的，纳米技术在材料研究中应用十分广泛。

纳米技术的引入又使陶瓷材料得到飞速发展，这方便的案例很多，在此不一一例举。

但会聚技术（整体）在陶瓷材料研究工作中的应用报道很少。

本文提出了用会聚技术来解决陶瓷材料低温的基本思路和方法，并介绍一下会聚技术在氧化铝陶瓷低温烧温的一些进展情况。

2 ＮＢＩＣ会聚技术如何应用到陶瓷材料的生产上2．1 认知科学认知科学是研究人类认知和智力本质规律科学。

其研究领域包括知觉、注意、记忆、动作、语言、推理、意识乃至情感动机在内的各层次的认知和智力活动。

第七届国际认知科学大会于是2010年8月17日在北京的召开使国人对认知科学有了更多的了解。

人类对自然的认知：一是通过实践感性认知，二是通过学习间接认知。

人们的知识是通过这二种认知方法积累的，然而人们对同一件事物认知和感知会各有不同，比如对同一辣味的食物，各人的感知是千差万别的，同时也难于用语言表述其差异。

人类常常为某一事物的认知不同而发生各种充突。

人们对新事物有一种天然的排斥。

一种是无知排斥；别一种是经验排斥，表现形式有经验主义和教条主义。

人们对“对牛弹琴”笑话了二千多年，现在日本给牛听音乐能提高产奶量；安徽汤池小镇试验基地给蔬菜经典音乐，结果蔬菜长势良好，没有病虫害。

100年前，如果有人说硅晶片能记忆储存信息，人们一定会说他是疯子。

现代日本开发国际大学选择医学博士、日本IHM研究所所长江本胜博士通过大量试验，在《水知道答案》中说水对各国文字的感知性，不知人们会怎么说？还是回到陶瓷材料上来谈，陶瓷材料研究和生产的基本理论是矿物晶体学、无机化学和热力学等理论。

热力学第二定律：dS/dt>=0，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；然而自然界经常向负熵的方向发展，特别是生物运动、社会运动都是向着更为高级、更为有序的组织结构发展。

于是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授提出了耗散结构理论，随着人类对自然的认识的深入，耗散结构理论又遇到难圆其说之处。

当前纳米材料的飞速发展，传统材料理论也无法解释纳米效应。

对认知科学的应用主要体现在两个方面：一是吸收各学科发展的新知识、新理论，用与常人不一样的新思维、新方法去分析各解决问题。

这是牛顿、爱因斯坦等大科学家取得巨大科学成就的法宝。

二是高度重视意念的作用。

意念杀人可能大家好理解，如日本的武土道、德国的纳粹使许多人成为了炮灰，金钱万能使中国不少高官走向了断头台。

我要说是意念对动植物以及传统认为无生命和意识的物质材料也有巨大的作用，据报道美国一特种部队用意念将一只山羊杀死，虽说成功率只有1%，但充分显示了意念的作用。

我们对杯子讲话，杯子是能听到的，只是我们感觉不到，如果在杯口上贴上一张纸，它就会发出声音，这就是最原始的广播。

在此我要特别强调是要用好意念去改造自然和社会，使社会变得更美好！给社会注入一个天下太平的意念，给企业注入蒸蒸日上的意念，给陶瓷粉料注入低温烧结的意念等。

如果我们用会聚技术换一角度，用大科学的观点，即同时纳米科学与技术、生物技术、信息技术、认知科学来分析和钻解释这些问题就会得到一片新天地。

2．2 纳米科学与技术纳米是长度单位，1纳米等于10-9米。

纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。

纳米材料特性为（1）表面与界面效应，（2）小尺寸效应，（3）量子尺寸效应，（4）宏观量子隧道效应。

广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。

纳米材料和纳米陶瓷材料都属材料范畴，只是分类方法不同而矣。

陶瓷纳米材料是当前研究最广，取得成果最多的一个领域，如氧化铝纳米粉可在1200℃就烧结出高性能的氧化铝陶瓷，只是由于成本高，企业的生产工艺和模具要做大的调整，短期内难以工业化规模生产。

但用纳米科学与技术来分析和解决陶瓷材料的问题是一个大趋势所去和前进的方向。

2．3 生物技术2．3．1 陶瓷的生物特性众所周知，陶瓷材料具有独特的奇异特性，气敏陶瓷对气体的敏感性远胜过人类和动物，气敏陶瓷制成的“电鼻子”对许多气体反映十分灵敏，如对百万分之一浓度的氢气即能显示；热敏陶瓷对温度的敏感性远胜过人类和动物，热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃；光敏陶瓷对线的敏感性远胜过人类和动物，声敏材料对声音的敏感性远胜过人类和动物。

芯片的记忆储存能力远比人脑强。

陶瓷材料这些奇特的现象，进一步证明了陶瓷材料具有生物具有的有关特性，有时它对环境和自然界的感知和认知能力远远胜于一般的生物，只是现阶段还许多陶瓷的生物特性还没被人们所认识。

2.3.2 生物技术生物学发展很迅速，学科分类也很多，按《中华人民共和国学科分类与代码国家标准》生物学下分22二级学科，175个三级学科。

而材料科学下只有11个二级学科，27个三级学科。

生物学知识应用到材料科学上的学科主要为生物技术（有时也称生物工程）和仿生学，这种应用都是建立在材料是无生命特性的基础上的。

前面已经谈到材料（陶瓷材料）具有生物具有的有关特性，如果以现代生命科学为基础，结合材料科学和其他基础科学的科学原理及技术手段，来处理材料科学（陶瓷材料）中技术问题就会使我们的思维更开阔，解决问题的方法会更多更科学。

比如细胞工程、基因工程、酶学、酶工程、微生物工程、微生物生物化学、微生物生态学、应用微生物学、分子神经生物学、细胞遗传学、膜生物化学、激素生物化学等。

应用这些学科知识和技术方法会使材料科学（陶瓷材料）得到突破性大发展。

2.4 信息技术应用现代生命科学来分析和解决材料科学（陶瓷材料）中技术一些问题是项巨大的系统工程。

需要各国生物学家、材料学们的互通有无，分工合作，分阶段一步一步去完成。

比如说各种物质材料都有一个独特的X衍射图谱，这仅相当于各种生物的染色体数目不同一样，是一种物质（或生物）区别另一种物质材料（或生物）的特性；但同种一种物质材料（或生物）的个体又千差万别，就生物来说是因为其基因和碱基配对不一样，环境又会使这些基因变化和碱基配对紊乱。

而物质材料的“基因”和“碱基”是会么是会么样呢？弄清楚这些问题没有现代信息技术显然是不可能的。

3 会聚技术与陶瓷材料低温烧结3.1 陶瓷材料低温烧结可行性众所周知，动物的骨骼是在常温下生长的，但生产人造陶瓷骨骼其烧结温度却超过1000多度，这是因为动物有促进骨骼生长和愈合的机能，如ACVR1基因能控制人体三种骨骼形成蛋白，人体能产生成骨和破骨细胞，能使骨质成分聚集到骨骼表面或骨折处，并按特定的规律生长和或愈合，一旦ACVR1基因突变，成骨细胞大量产生，血流到那骨头就长到那，速度很快。

如果人类把动物的骨骼的生长机理完全弄清楚以后，并应用在人造陶瓷骨骼的生产上，是完全可以在常温下进行，正象弄清楚体细胞克隆技术以后一样，克隆动植物变得相当的简单。

目前纳米技术的应用，已使纳米陶瓷材料的烧结温度比微米级陶瓷材料的烧结温度下降了很多。

可以想象随着纳米技术和生物技术的大发展，利用会聚技术陶瓷材料在超低的温度（甚至常温）下能经济地生产出来。

3.2 陶瓷材料低温烧结的基本方法以氧化铝陶瓷材料为例，目前降低氧化铝陶瓷材料烧结方法有五种，一是采用高纯超细氧化铝粉，包括使用纳米氧化铝粉；二是添加与氧化铝形成固溶体物质；三是添加在烧结时产生液相的物；四是采用高压的烧结方法，如热压和热等静压烧结；五是采用特种烧结方法，微波烧结、微波等离子烧结、放电等离子烧结等。