清華新聞網(wǎng)10月30日電 高熵氧化物以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征為靈活和精確的結(jié)構(gòu)控制提供了機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)了廣泛的結(jié)構(gòu)-性能調(diào)控。自2015年在氧化物研究中引入高熵設(shè)計(jì)的概念后，高熵氧化物在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛地研究，涵蓋熱電、介電、催化、鋰電池、磁電等，展現(xiàn)了其在材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能調(diào)控方面的潛力。近期，結(jié)合團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域的研究成果，清華大學(xué)材料學(xué)院教授林元華等人系統(tǒng)總結(jié)了高熵的定義、概念和效應(yīng)，討論了高熵氧化物在合成方法、體系和多領(lǐng)域結(jié)構(gòu)-性能調(diào)控方面的研究進(jìn)展。
熵是描述物質(zhì)系統(tǒng)無(wú)序程度的經(jīng)典熱力學(xué)參數(shù)。繼高熵合金合成的突破性合成后，引入多組分來(lái)增加材料系統(tǒng)無(wú)序性的想法已經(jīng)擴(kuò)展到陶瓷，加深了學(xué)界對(duì)高熵效應(yīng)的理解，并使熱電、介電、儲(chǔ)能和催化等性質(zhì)的定制成為可能。與高熵合金的總體無(wú)序不同，高熵氧化物總體保持了一定程度的一致的金屬-氧原子排列結(jié)構(gòu)，在特定亞晶格保持了多個(gè)元素隨機(jī)占據(jù)的無(wú)序。高熵設(shè)計(jì)允許氧化物晶格容納多種不同半徑尺寸的元素，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于結(jié)構(gòu)和性能的廣泛調(diào)諧。
高熵氧化物的效應(yīng)與應(yīng)用
鑒于高熵氧化物豐富的結(jié)構(gòu)-物性潛力，林元華團(tuán)隊(duì)基于高熵氧化物進(jìn)行了廣泛研究，涵蓋了近年在這一領(lǐng)域的前沿成果，圍繞合成技術(shù)的改進(jìn)，高熵效應(yīng)認(rèn)識(shí)的進(jìn)步，以及對(duì)多尺度原子結(jié)構(gòu)的理解，在多個(gè)熱電、介電、儲(chǔ)能、鋰電池、催化、磁性和超級(jí)電容器等領(lǐng)域展開(kāi)綜述，分析并考察了結(jié)構(gòu)與物性之間的相關(guān)性，并對(duì)未來(lái)研究需要解決的挑戰(zhàn)和突出問(wèn)題進(jìn)行展望。
相關(guān)研究成果以“高熵氧化物的研究進(jìn)展：合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其他”（Advances in high entropy oxides: synthesis, structure, properties and beyond）為題，于10月10日在線發(fā)表于《材料科學(xué)進(jìn)展》（Progress in Materials Science）。
清華大學(xué)材料學(xué)院林元華教授、南策文院士團(tuán)隊(duì)在介電、磁電、光電等領(lǐng)域圍繞功能性復(fù)合材料進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索，在高熵氧化物的熱電、介電等領(lǐng)域取得多項(xiàng)高水平的研究成果，相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)》（Science）、《自然·材料》（Nature Materials）、《自然·能源》（Nature Energy）、《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）等上，引起學(xué)界的廣泛關(guān)注。
清華大學(xué)材料學(xué)院2022級(jí)博士生劉暢和江蘇大學(xué)教授李順為論文第一作者，林元華和清華大學(xué)未來(lái)實(shí)驗(yàn)室副研究員陳迪為論文通訊作者。其他重要貢獻(xiàn)者包括材料學(xué)院2024屆博士畢業(yè)生鄭云鵬（現(xiàn)為福州大學(xué)副教授），未來(lái)實(shí)驗(yàn)室博士后徐民博士、蘇虹陽(yáng)博士，材料學(xué)院2024屆博士畢業(yè)生苗香（現(xiàn)為北京航空航天大學(xué)博士后），2020級(jí)博士生劉亦謙，博士后周志方博士（現(xiàn)為中南大學(xué)講師）、戚俊磊博士和楊兵兵博士（現(xiàn)為中科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究所研究員）。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101385
供稿：材料學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：韓羽臻
編輯：李華山
審核：郭玲
