中國粉體網(wǎng)訊  高熵陶瓷材料具有優(yōu)異的力學(xué)、介電、磁學(xué)、催化以及耐高溫等性能，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的潛力。高熵氧化物是一種由五種或五種以上的氧化物以等物質(zhì)的量或近等物質(zhì)的量構(gòu)成的具有單一固溶體結(jié)構(gòu)的多組元氧化物，包括過渡金屬基高熵氧化物稀土基高熵氧化物以及混合基高熵氧化物。

正是因為高熵氧化物陶瓷材料擁有多組元、等物質(zhì)的量的特性，自問世以來，就表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能，如：高溫穩(wěn)定性、高強度、高硬度、巨介電常數(shù)，優(yōu)異的介電性能、催化性能、磁學(xué)性能和鋰離子存儲性能等。

高熵氧化物在組成和晶體結(jié)構(gòu)上有很大的調(diào)諧空間，在催化、儲能和熱障涂層等應(yīng)用中提供了改善材料性能的可能性。了解其在原子尺度上的成核和生長機制對其結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計至關(guān)重要，但仍然具有挑戰(zhàn)性。

近日，西安交大王紅潔教授課題組和美國北卡萊羅納州立大學(xué)、上海交通大學(xué)高文旆教授課題組合作，以自制高熵螢石型氧化物前驅(qū)體為研究對象，用原子分辨率原位氣相掃描透射電鏡觀察了聚合物前驅(qū)體中高熵螢石氧化物的形成過程，發(fā)現(xiàn)聚合物前驅(qū)體形成高熵螢石氧化物的四個階段。

高熵氧化物形成的四個階段

高熵氧化物的形貌調(diào)控機理

此過程包括低溫段聚合物前驅(qū)體的氧化和形核（1→2）、擴(kuò)散控制晶粒生長（1→3→8）、自生液相過冷度控制的晶粒生長（1→4→9/1→6→10），以及液相輔助成分均勻化后更高溫度下的熵驅(qū)動重結(jié)晶和穩(wěn)定化（1→7→11）。

聚合物前驅(qū)體的熱重曲線

氣體蒸發(fā)主要發(fā)生在900℃以下。在實驗中結(jié)果表明：聚合物前驅(qū)體在400℃以下氧化時成核，900℃以下擴(kuò)散晶粒長大，900℃過冷狀態(tài)下液相輔助成分均勻化，900℃下熵驅(qū)動的再結(jié)晶和穩(wěn)定化。

該工作從原子尺度揭示了高熵氧化物的形成機制，為進(jìn)一步設(shè)計和制備具有可控形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能的高熵氧化物陶瓷奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)成果以“Visualizing the formation of high-entropy fluorite oxides from an amorphous precursor at atomic resolution”為題在線發(fā)表于材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《ACS Nano》。西安交大徐亮以及北卡羅萊納州立大學(xué)陳曦博士為論文共同第一作者，王紅潔教授和北卡羅萊納州立大學(xué)、上海交通大學(xué)高文旆教授為論文的共同通訊作者，北卡羅萊納州立大學(xué)Tim Eldred博士，博士研究生Jacob Smith, Cierra DellaRova參與了相關(guān)研究工作，西安交通大學(xué)金屬材料強度國家重點實驗室為論文第一通訊單位。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c09760

來源：

謝鴻翔：高熵陶瓷材料的研究進(jìn)展

西安交通大學(xué)官網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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