科研动态| 我院科研人员在高熵氧化物陶瓷生成机理研究方面取得新进展
2022-12-02 16:43:14

高熵陶瓷是一类新兴的多组分固溶体,通常含有等摩尔的五种或更多的组元,这些组元随机分布在陶瓷的长程有序晶体中。巨大的组成调控空间和陶瓷材料丰富的晶体结构类型,为高熵陶瓷的性能设计提供了广阔的空间,使其在热防护涂层、储能和催化等领域展现了极具潜力的应用价值。与大多数高熵陶瓷一样,高熵氧化物陶瓷的晶格畸变、元素分布、表面重构和氧空位等可以进一步改变氧化物陶瓷的力、热、化学和电学性能。然而,现阶段对高熵氧化物陶瓷生长机制的认识有限,使得如何通过控制其生成动力学,来有效调整其形貌、结构和性能仍然是一个挑战。

针对这一问题,我院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,运用气相高分辨原位扫描透射电子显微技术,发现了聚合物前驱体形成高熵萤石氧化物的四个阶段(图1),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)(图2)。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。

图1 高熵氧化物形成的四个阶段

图2 高熵氧化物的形貌调控机理

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》。我院青年教师苏磊助理教授、博士研究生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。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金和北卡罗莱纳州立大学的共同支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c09760

编辑:吴国娇