中国粉体网讯 高熵陶瓷材料具有优异的力学、介电、磁学、催化以及耐高温等性能，在不同的应用领域具有巨大的潜力。高熵氧化物是一种由五种或五种以上的氧化物以等物质的量或近等物质的量构成的具有单一固溶体结构的多组元氧化物，包括过渡金属基高熵氧化物稀土基高熵氧化物以及混合基高熵氧化物。
正是因为高熵氧化物陶瓷材料拥有多组元、等物质的量的特性，自问世以来，就表现出一系列优异的性能，如：高温稳定性、高强度、高硬度、巨介电常数，优异的介电性能、催化性能、磁学性能和锂离子存储性能等。
高熵氧化物在组成和晶体结构上有很大的调谐空间，在催化、储能和热障涂层等应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长机制对其结构和功能的设计至关重要，但仍然具有挑战性。
近日，西安交大王红洁教授课题组和美国北卡莱罗纳州立大学、上海交通大学高文旆教授课题组合作，以自制高熵萤石型氧化物前驱体为研究对象，用原子分辨率原位气相扫描透射电镜观察了聚合物前驱体中高熵萤石氧化物的形成过程，发现聚合物前驱体形成高熵萤石氧化物的四个阶段。
高熵氧化物形成的四个阶段
高熵氧化物的形貌调控机理
此过程包括低温段聚合物前驱体的氧化和形核（1→2）、扩散控制晶粒生长（1→3→8）、自生液相过冷度控制的晶粒生长（1→4→9/1→6→10），以及液相辅助成分均匀化后更高温度下的熵驱动重结晶和稳定化（1→7→11）。
聚合物前驱体的热重曲线
气体蒸发主要发生在900℃以下。在实验中结果表明：聚合物前驱体在400℃以下氧化时成核，900℃以下扩散晶粒长大，900℃过冷状态下液相辅助成分均匀化，900℃下熵驱动的再结晶和稳定化。
该工作从原子尺度揭示了高熵氧化物的形成机制，为进一步设计和制备具有可控形态、结构和性能的高熵氧化物陶瓷奠定了基础。
相关成果以“Visualizing the formation of high-entropy fluorite oxides from an amorphous precursor at atomic resolution”为题在线发表于材料领域权威期刊《ACS Nano》。西安交大徐亮以及北卡罗莱纳州立大学陈曦博士为论文共同第一作者，王红洁教授和北卡罗莱纳州立大学、上海交通大学高文旆教授为论文的共同通讯作者，北卡罗莱纳州立大学Tim Eldred博士，博士研究生Jacob Smith, Cierra DellaRova参与了相关研究工作，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一通讯单位。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c09760
来源：
谢鸿翔：高熵陶瓷材料的研究进展
西安交通大学官网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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