中國粉體網訊 高熵陶瓷材料具有優異的力學、介電、磁學、催化以及耐高溫等性能，在不同的應用領域具有巨大的潛力。高熵氧化物是一種由五種或五種以上的氧化物以等物質的量或近等物質的量構成的具有單一固溶體結構的多組元氧化物，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、等物質的量的特性，自問世以來，就表現出一系列優異的性能，如：高溫穩定性、高強度、高硬度、巨介電常數，優異的介電性能、催化性能、磁學性能和鋰離子存儲性能等。
高熵氧化物在組成和晶體結構上有很大的調諧空間，在催化、儲能和熱障涂層等應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構和功能的設計至關重要，但仍然具有挑戰性。
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、上海交通大學高文旆教授課題組合作，以自制高熵螢石型氧化物前驅體為研究對象，用原子分辨率原位氣相掃描透射電鏡觀察了聚合物前驅體中高熵螢石氧化物的形成過程，發現聚合物前驅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控機理
此過程包括低溫段聚合物前驅體的氧化和形核（1→2）、擴散控制晶粒生長（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動重結晶和穩定化（1→7→11）。
聚合物前驅體的熱重曲線
氣體蒸發主要發生在900℃以下。在實驗中結果表明：聚合物前驅體在400℃以下氧化時成核，900℃以下擴散晶粒長大，900℃過冷狀態下液相輔助成分均勻化，900℃下熵驅動的再結晶和穩定化。
該工作從原子尺度揭示了高熵氧化物的形成機制，為進一步設計和制備具有可控形態、結構和性能的高熵氧化物陶瓷奠定了基礎。
相關成果以“Visualizing the formation of high-entropy fluorite oxides from an amorphous precursor at atomic resolution”為題在線發表于材料領域權威期刊《ACS Nano》。西安交大徐亮以及北卡羅萊納州立大學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、上海交通大學高文旆教授為論文的共同通訊作者，北卡羅萊納州立大學Tim Eldred博士，博士研究生Jacob Smith, Cierra DellaRova參與了相關研究工作，西安交通大學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展
西安交通大學官網
（中國粉體網編輯整理/空青）
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