中國(guó)粉體網(wǎng)訊 “高熵”是近年來(lái)出現(xiàn)的新的材料設(shè)計(jì)理論，目前已成為材料研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，其概念最初由高熵合金發(fā)展而來(lái)。2004 年中國(guó)臺(tái)灣學(xué)者葉均蔚教授最先提出了高熵合金的概念，同年牛津大學(xué)的 Cantor 等也提出了多主元合金的概念，兩者的工作均是將多種合金元素以( 近) 等原子比固溶到一起，形成單相的固溶體。隨后，越來(lái)越多新的高熵合金被制備出來(lái)。與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金不僅具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的力學(xué)性能( 尤其是低溫韌性) ，部分還表現(xiàn)出卓越的電性能以及催化性能，有望應(yīng)用于能源、環(huán)境領(lǐng)域。
高熵的概念在合金上被熟練運(yùn)用后，人們將關(guān)注的目光投向了無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。2015 年，當(dāng)時(shí)美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)的 Ｒost、Maria 和杜克大學(xué)的Curtarolo 等首先合作報(bào)道了一種巖鹽結(jié)構(gòu)的熵穩(wěn)定氧化物陶瓷，即高熵陶瓷。隨后，越來(lái)越多的高熵陶瓷，包括螢石結(jié)構(gòu)、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、尖晶石結(jié)構(gòu)的高熵氧化物陶瓷以及硼化物、碳化物、氮化物、硅化物等非氧化物高熵陶瓷，如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)，逐漸成為研究熱點(diǎn)。
作為高熵材料，高熵陶瓷具備了四大效應(yīng)，即熱力學(xué)的高熵效應(yīng)、 結(jié)構(gòu)的晶格畸變效應(yīng)、 動(dòng)力學(xué)的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、 性能上的“雞尾酒”效應(yīng)其中，在結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)方面，高熵材料中的組成元素原子都是隨機(jī)分布在晶格上，所以相比普通材料中的晶格畸變，高熵材料的各種畸變、滑移、位錯(cuò)會(huì)更多，眾所周知，滑移位錯(cuò)能力是影響陶瓷韌性的一大關(guān)鍵因素，成分復(fù)雜的高熵陶瓷為此賦予了更多的可能性。
近日，清華大學(xué)萬(wàn)春磊教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊Nature Communications上發(fā)表了題“Ultra-dense dislocations stabilized in high entropy oxide ceramics”的研究成果。
團(tuán)隊(duì)報(bào)告了隱藏在高熵氧化物陶瓷中的通用微觀結(jié)構(gòu)特征。發(fā)現(xiàn)超高密度位錯(cuò)（~109 mm-2) 存在在高熵氧化物陶瓷中。這些位錯(cuò)在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，因?yàn)闃?gòu)型熵增益可以補(bǔ)償由氧化物陶瓷中剛性離子/共價(jià)鍵引起的大應(yīng)變。我們進(jìn)一步證明了隨著成分復(fù)雜性的增加，熵增益甚至可以進(jìn)一步調(diào)整位錯(cuò)的密度，提高陶瓷韌性。應(yīng)該提到的是，位錯(cuò)總是出現(xiàn)在簡(jiǎn)單和高熵金屬間化合物中，例如硼化物和碳化物，但這些材料包含金屬鍵以適應(yīng)位錯(cuò)的應(yīng)變，顯示出與氧化物陶瓷不同的情況.同時(shí)，我們表明超致密位錯(cuò)通過(guò)與裂紋的相互作用顯示出額外的增韌效應(yīng)。高熵氧化物陶瓷中位錯(cuò)的應(yīng)變場(chǎng)可以通過(guò)使用多價(jià)陽(yáng)離子來(lái)擴(kuò)大，這可以提高偏轉(zhuǎn)和裂紋橋接的機(jī)會(huì)，從而大大提高機(jī)械韌性。這項(xiàng)工作提供了一種在氧化物陶瓷中建立超高密度位錯(cuò)的可控方法，并具有潛在的技術(shù)應(yīng)用，例如熱障涂層、固體氧化物燃料電池、光伏、鐵電體、電介質(zhì)和熱電體。
各種結(jié)構(gòu)的高熵氧化物中超致密位錯(cuò)的高分辨率觀察
參考來(lái)源：
[1]顧俊峰等.高熵陶瓷材料研究進(jìn)展
[2]材料學(xué)網(wǎng)、Nature Communications
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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