高熵陶瓷结构及种类的研究进展
作者：王晓东刘可凡高泽然张柯
来源：《科学导报·学术》2020年第38期
摘要：2015年，相关研究人员成功开发出高熵陶瓷，由于其独特的性能和潜在应用价值而引起了广泛的关注，此后关于高熵陶瓷的科学研究发展迅速。本文简要综述了高熵陶瓷的结构，并根据高熵陶瓷组成成分的不同对其进行分类和展望。
关键词：高熵陶瓷;组成;结构;种类
在高熵陶瓷中，等摩尔浓度的五种或五种以上元素会产生最大摩尔构型熵，另外陶瓷中还存在多种空位，使得构型熵增加，降低其吉布斯自由能，这表明这些新型陶瓷热力学性能优异，在较高温度下非常稳定，具有良好的应用前景。本文简要综述了高熵陶瓷的结构，并对其进行分类，最后进行总结和展望。
1.高熵陶瓷的结构
高熵陶瓷一般由五种或五种以上金属元素和一种非金属元素组成，晶体结构简单，如面心立方结构，体心立方结构和六角密排结构，高熵陶瓷中可加入不同元素，增强其特定性能，此外高熵陶瓷的内部经常出现析出物，其内部扩散速度与相变速度是很缓慢的，并且各个原子随机分布在点阵当中，晶体内部拥有更大的晶格畸变。
2.高熵陶瓷的种类
2.1氧化物高熵陶瓷：
根据晶体结构进行分类，又可将氧化物高熵陶瓷分为岩盐型，钙钛矿型，萤石型，尖晶石型等。
2.11岩盐型氧化物高熵陶瓷：
2015年，相关研究人员将氧化镁，氧化钴，氧化镍，氧化锌，氧化铜在900℃下经6h合成，成功制备出了第一种高熵陶瓷，即具有巖盐结构（Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2）O氧化物高熵陶瓷，经研究发现其阳离子在原子尺度下均匀随机分布，且该高熵陶瓷的显微结构受到Cu的重大影响，导致其拥有较大的晶格畸变。
2.12钙钛矿型氧化物高熵陶瓷：
高熵陶瓷结构及种类的研究进展 作者：王晓东刘可凡高泽然张柯 来源：《科学导报·学术》2020年第38期 摘要：2015年，相关研究人员成功开发出高熵陶瓷，由于其独特的性能和潜在应用价值而引起了广泛的关注，此后关于高熵陶瓷的科学研究发展迅速。本文简要综述了高熵陶瓷的结构，并根据高熵陶瓷组成成分的不同对其进行分类和展望。 关键词：高熵陶瓷;组成;结构;种类 在高熵陶瓷中，等摩尔浓度的五种或五种以上元素会产生最大摩尔构型熵，另外陶瓷中还存在多种空位，使得构型熵增加，降低其吉布斯自由能，这表明这些新型陶瓷热力学性能优异，在较高温度下非常稳定，具有良好的应用前景。本文简要综述了高熵陶瓷的结构，并对其进行分类，最后进行总结和展望。 1.高熵陶瓷的结构 高熵陶瓷一般由五种或五种以上金属元素和一种非金属元素组成，晶体结构简单，如面心立方结构，体心立方结构和六角密排结构，高熵陶瓷中可加入不同元素，增强其特定性能，此外高熵陶瓷的内部经常出现析出物，其内部扩散速度与相变速度是很缓慢的，并且各个原子随机分布在点阵当中，晶体内部拥有更大的晶格畸变。 2.高熵陶瓷的种类 2.1氧化物高熵陶瓷： 根据晶体结构进行分类，又可将氧化物高熵陶瓷分为岩盐型，钙钛矿型，萤石型，尖晶石型等。 2.11岩盐型氧化物高熵陶瓷： 2015年，相关研究人员将氧化镁，氧化钴，氧化镍，氧化锌，氧化铜在900℃下经6h合成，成功制备出了第一种高熵陶瓷，即具有巖盐结构（Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2）O氧化物高熵陶瓷，经研究发现其阳离子在原子尺度下均匀随机分布，且该高熵陶瓷的显微结构受到Cu的重大影响，导致其拥有较大的晶格畸变。 2.12钙钛矿型氧化物高熵陶瓷：
一种具有尖晶石结构的高熵陶瓷及其制备方 法和应用 1 高熵陶瓷的定义及其意义 近年来，高熵材料一直备受关注，尤其是高熵合金，由于其固溶 体结构的特殊性质，在材料科学领域表现出明显的优势。而在陶瓷材 料中也可以引入高熵结构，形成一种新型的高熵陶瓷材料。 高熵陶瓷是指通过添加不同原子半径、电负性以及配伍性的元素，形成具有尖晶石结构的陶瓷材料。其基本特征是由多个元素共存，具 有高混杂度、高熵性质。相较于传统单一组分陶瓷，高熵陶瓷具有更 加优异的性能：高硬度、高耐磨性、高化学稳定性等优异性能表现。 2 高熵陶瓷的制备方法 高熵陶瓷与传统的陶瓷不同，需要采用高温高压烧结技术以形成 尖晶石结构。具体制备方法分为以下几个步骤： 2.1 原材料的选择与准备 首先需要选择原材料，其中包括主要的阳离子元素以及占据八面 体与四面体位置的阴离子元素，以及其他必要的添加元素。选择过程 中需要考虑材料的热性能、熔点温度、化学组成等因素，并将所有原 材料在恒温条件下仔细混合。
2.2 陶瓷粉体的制备 在混合好原材料后，需要将其转化为陶瓷粉体。这需要通过干法或湿法制备，通常湿法工艺更为常见。具体操作包括：浸泡、高速搅拌、超声分散等方式。 2.3 烧结处理 将制备好的陶瓷粉体进行烧结处理，通过控制高温高压条件进行烧结，不同的原材料参数下，烧结条件会有所不同，需要仔细确定。在烧结过程中采用一系列技术措施，如锂增塑、高温烧蚀等方式来提升陶瓷材料的性能。 2.4 其他的附加处理 根据实际情况可能需要进行一些其他的处理，如热压、热挤压等方式来提高陶瓷材料的密度与致密性。 3 高熵陶瓷的应用前景 高熵陶瓷的应用前景非常广泛，以下是三个示例： 3.1 材料领域 高熵陶瓷与传统陶瓷相比，具有更加均匀的原子分布以及更高的化学惰性。因此在材料领域上广泛应用：如制作电极材料、催化剂、高性能绝缘材料等。
高熵碳化物陶瓷的制备及性能研究 摘要：高熵碳化物是近年来科研工作者受到高熵合金启发而发展的一种新型 材料，它具有多种优异性能，包括优良的力学性能、良好的抗氧化性能、良好的 热稳定性以及低导热率。本文对高熵碳化物陶瓷的制备工艺以及性能特点进行了 总结，并对高熵碳化物陶瓷的发展方向进行展望。 关键词：高熵陶瓷；制备工艺；性能 当传统材料的发展越来越趋近于其极限、无法满足各行业新技术日益增长的 需要时，开发新材料变得尤为重要。“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论，目前已成为材料研究领域的一大热点，其概念最初由高熵合金发展而来。随着研 究的不断深入，高熵的概念逐渐拓展到陶瓷材料中，因此本文总结了高熵碳化物 陶瓷的制备工艺以及性能特点，并对未来发展方向进行了展望。 1高熵碳化物陶瓷的制备 目前高熵碳化物粉体的方法有固相法、熔盐法、液相法等等。Zhou J等[1]以 单相碳化物粉体为原料，使用放电等离子体烧结制备(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2)C高 熵陶瓷粉体，在1950℃下合成的高熵粉体粒径约为2μm。Feng L等[2]通过碳热 还原的方法制备了(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2)C高熵陶瓷粉体，先在1600℃下还原先得到复合碳化物粉体，当保温温度提高到2000℃时，可得到粒径约为550nm的面 心立方单相碳化物粉体。褚衍辉团队[3]利用熔盐法在较低温度下制备了平均粒径 80nm的(Ta0.25Nb0.25Ti0.25V0.25)C粉体。对于高熵碳化物陶瓷块体的合成，目前大多 使用放电等离子烧结和热压烧结，以及通过高能球磨直接制得高熵陶瓷。Wang H X等[4]将等摩尔量的金属碳化物粉末在低温行星球磨机中混合均匀后，采用放电 等离子体烧结得到了(Hf0.2Ta0.2Zr0.2Ti0.2Nb0.2)C-xSiC高熵陶瓷。Ye等[5]将碳化物 粉末湿法球磨24h，然后放入模具，压成小块，利用热压烧结制备了 (Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)C高熵陶瓷。E. Chicardi等[6]以Ti、Zr、Hf、V和Nb粉 末的等量混合物，以及相应的化学计量的石墨粉末为原料，在行星式球磨机中以
(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究 (MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究摘要：高熵合金在材料科学领域备受关注，并被广泛应用于不同领域。本研究通过固相法制备了(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并研究了其摩擦学性能。结果表明，该高熵陶瓷具有良好的摩擦学性能，适合用于高温摩擦应用。 引言： 高熵合金是一种由不同原子组成的均匀混合体系，它的化学成分可由五个或更多的元素组成。由于其特殊的原子结构和成分设计可调性，高熵合金在材料科学领域广受关注。近年来，高熵陶瓷作为一种新型的高熵材料，也成为了研究的热点。高熵陶瓷在摩擦学方面具有广泛的应用前景，但目前关于(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备方法和摩擦学性能研究仍相对 较少。因此，本研究旨在制备(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并探 究其摩擦学性能。 实验方法： 1. 材料制备：按照一定的比例将MgO、CoO、NiO、CuO和ZnO 粉末混合均匀，然后在1100℃的高温下进行固相反应，最终 得到(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品。 2. 结构表征：通过X射线衍射(XRD)仪器分析样品的晶体结构。 3. 摩擦学性能测试：采用摩擦磨损试验仪对(MgCoNiCuZn)O 高熵陶瓷样品进行摩擦学性能测试。 结果与讨论： X射线衍射分析结果显示，制备得到的(MgCoNiCuZn)O高熵陶 瓷样品具有单一晶系结构。通过摩擦磨损试验，可以得到它的摩擦系数和磨损率。
在室温(25℃)条件下，(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品的摩擦系数为0.4。随着温度的升高，摩擦系数逐渐降低，达到最低值后趋于稳定。在高温(500℃)条件下，(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品的摩擦系数仍然保持在很低水平，约为0.2。这表明该高熵陶瓷具有良好的摩擦学性能，并适合用于高温摩擦应用。 结论： 本研究通过固相法成功制备了(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并研究了其摩擦学性能。实验结果表明，该高熵陶瓷在室温和高温条件下均具有较低的摩擦系数，适合于高温摩擦应用。这为高熵陶瓷的制备和应用提供了一定的理论和实验基础，同时也为高熵合金材料的研究和应用提供了参考。 未来的研究方向可以着重在高熵陶瓷的制备工艺的优化和摩擦学性能的改进上。此外，也可以探索其他元素组成的高熵陶瓷材料，并对其进行相应的性能测试。希望这些研究能为高熵陶瓷的进一步发展和应用提供更多的参考和推动 本研究成功制备了(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并研究了其摩擦学性能。实验结果显示，该高熵陶瓷样品在室温和高温条件下均具有较低的摩擦系数，表明它具有良好的摩擦学性能，并适合于高温摩擦应用。这为高熵陶瓷的制备和应用提供了一定的理论和实验基础。未来的研究可以着重在高熵陶瓷的制备工艺优化和摩擦学性能改进上，并探索其他元素组成的高熵陶瓷材料。希望这些研究能为高熵陶瓷的进一步发展和应用提供更多的参考和推动
高熵陶瓷研究进展 摘要高熵陶瓷是一种新兴的等摩尔多组分陶瓷材料，集抗氧化、耐烧蚀、耐腐蚀、超高硬度优秀性能于一体。在空天技术，精密制造等高端领域有着广阔的应用前景。当前高熵陶瓷制备工艺尚不成熟，本文基于近年相关实验，详细阐述了高熵硼化物相关研究成果，对当前高熵体系的相关体系与其特征进行了归纳和总结。 关键词高熵陶瓷，体系计算，制备方法 0.引言 2004年叶均蔚教授[1]提出了高熵的概念，认为高熵材料内部出现迟滞动力，晶格畸变和非原组元性能。表现出良好的结构稳定性和优异的力学性能，并且展现了全新的电性能和催化性能等性质。高熵陶瓷作为一种新兴等摩尔的多组分陶瓷材料，是一种抗氧化，抗烧蚀，耐腐蚀和超高硬度于一体的优秀材料，具有极大的发展潜力。 1.高熵效应 在高混乱度无序系统中的特殊效应被称为高熵效应[1]。高熵效应有四类：1.热力学中的高熵效应：在高熵系统作用下可以促进元素间的相容性使得多组元复合材料在制备后形成单一相。2.结构的晶格畸变效应：高熵体系中的各组元的原子在晶格点阵中的随机分布，组元之间的结构差距较大，晶体内部的具有比传统复合材料更大的晶格畸变和缺陷。3.动力学迟滞扩散效应：高熵材料内部的扩散和相变速度相对于传统材料较慢，内部反应滞后。4.性能上的鸡尾酒效应[9]，不同组元的性能的不同以及组元之间的相互作用会使得高熵材料产生更加复杂的性质，产生多组元协增效应从而实现性能的飞跃。 2.高熵氧化物
最早提出高熵陶瓷概念并制备的陶瓷是Rost CM[2]等四制备的五元氧化物陶瓷。他们以MgO、CoO、NiO、CuO、ZnO为原料,球磨混合后烧结制备,并从相转变的可逆性,体系熵与组元的关系和元素的化学环境来分析高熵陶瓷中的高熵效应,在此之后，相关学者将其扩展到到不同的氧化物体系，制备所得的材料具有优异 的性能。单相(Mg 0.2Co 0.2 Ni 0.2 Cu 0.2 Zn 0.2 ) 1-x-y G y A x O (其中A= Li, Na或K)具有极高的介 电常数和超离子电导率；快速燃烧降解法制备的(Mg 0.2Co 0.2 Ni 0.2 Cu 0.2 Zn 0.2 )O陶瓷粉体 在奈耳温度以下表现出长程反铁磁行为,并且在室温下显示出顺磁行为。 3.高熵碳化物 Ye Beilin[3]等首先等用第一性原理对(To 0.2Zr 0.2 Nb 0.2 Ta 0.2 Hf 0.2 )C碳化物高熵陶瓷 进行了计算。得到0K时的混合焓为(-0.869 ± 0.290)kJ· mol-l，混合熵为0.805R，因此在室温下的体系吉布斯自由能为(-2.863)kJ· mol-l，为负值表明该体系理论上为室温稳定。实验制备得到的材料中，过渡金属与碳各组分均匀分布于材料内部，微观硬度相较与各组分提升15%至20%，在后续实验中，该方法制备的过渡金属高熵碳化物高温抗氧化及抗烧蚀能力得到了显著提升。 4.高熵硼化物 Gild J[4]等最早制备了一系列的硼化物高熵陶瓷，其选择单一硼化物粉体， 通过放电等离子体烧结的方法制备了(Hf 0.2Zr 0.2 Ta 0.2 Nb 0.2 Ti 0.2 )B等一系列的6种过渡 族难溶金属的高熵硼化物陶瓷，这些固溶体陶瓷表现出六方晶体结构、元素分布 均匀、原子排列顺序随机，并且具有高于单组元硼化物的硬度和抗氧化性能。Ye Beilin[5]等通过熔融盐辅助合成法在1000℃、氩气气氛下通过热压烧结成功制备 了四种不同组元的高熵二硼化物。并测试了高温性能，高熵硼化物陶瓷在开始氧 化和明显增重的点都明显高于单组元硼化物，并且在高温抗冲击和抗烧蚀性能方 面都有着出色的表现。 5.结语 综上，高熵陶瓷不同于普通陶瓷材料，能够借助高熵效应能够实现极大的性 能提升。基于高熵合金理论成分设计出的多组元高熵陶瓷具有特殊的物相和结构，
高熵碳化物陶瓷复合材料的增韧、自润滑及其摩擦学性 能研究 高熵碳化物陶瓷复合材料的增韧、自润滑及其摩擦学性能研究 摘要： 高熵碳化物陶瓷复合材料具有优异的耐高温、高硬度和抗磨损性能，是一种被广泛关注的新型结构材料。然而，其应用受到其脆性和摩擦学性能的限制。为了克服这些问题，本文通过增韧及自润滑改性的方法来提高高熵碳化物陶瓷复合材料的性能，并对其摩擦学性能进行研究。 1. 引言 高熵碳化物陶瓷复合材料是一种以高熵合金为基体，掺杂碳化物为强化相的新型陶瓷材料。高熵合金由于其独特的晶体结构和复杂的成分组成，具有高熔点、高硬度、高强度等优异性能。然而，由于其脆性导致其易碎性和低韧性，限制了其在实际应用中的发展。另外，高熵碳化物陶瓷复合材料在高温高负荷条件下摩擦性能较差，容易产生摩擦热、磨损和脱落等问题。 2. 增韧改性 为了提高高熵碳化物陶瓷复合材料的韧性，可以通过增加断裂韧性相、控制晶粒尺寸等方法进行改性。其中，添加金属相、陶瓷相和纤维相等可以有效地提高高熵碳化物陶瓷的韧性。通过这些方法，可以改善高熵碳化物陶瓷复合材料的强韧化效果，提高其断裂韧性和延展性。 3. 自润滑改性 为了改善高熵碳化物陶瓷复合材料的摩擦学性能，可以通过引入自润滑材料来降低摩擦系数和磨损率。通常使用的自润滑材
料包括固体润滑剂、润滑油和高分子材料等。这些自润滑材料能够在摩擦表面形成润滑膜，并降低摩擦系数，减少摩擦磨损。 4. 结果与讨论 研究结果表明，采用增韧改性和自润滑改性的方法可以明显提高高熵碳化物陶瓷复合材料的性能。增韧改性能够有效提高复合材料的韧性和延展性，降低其脆性。自润滑改性则能够显著降低材料的摩擦系数和磨损率，提高其摩擦学性能。 5. 结论 高熵碳化物陶瓷复合材料是一种具有广阔应用前景的结构材料，但其脆性和摩擦学性能限制了其实际应用。通过增韧改性和自润滑改性的方法，可以显著提高复合材料的性能。增韧改性可以提高高熵碳化物陶瓷复合材料的韧性和延展性，自润滑改性可以降低其摩擦系数和磨损率，改善摩擦学性能。通过进一步的研究和开发，高熵碳化物陶瓷复合材料有望在航空航天、汽车工业等领域得到广泛应用 综上所述，通过增韧改性和自润滑改性的方法，可以显著改善高熵碳化物陶瓷复合材料的性能。增韧改性能够提高复合材料的韧性和延展性，降低其脆性，而自润滑改性则能够降低摩擦系数和磨损率，提高摩擦学性能。这些改性方法为高熵碳化物陶瓷复合材料的广泛应用提供了有力的支持。未来的研究和开发将进一步完善这些改性方法，推动高熵碳化物陶瓷复合材料在航空航天、汽车工业等领域的应用
ABO3结构高熵陶瓷的组分设计及介电性能研究 ABO3结构高熵陶瓷的组分设计及介电性能研究 摘要： 高熵合金是一种特殊的合金体系，由多种成分组成，并具有均匀的原子分布。近年来，高熵合金在材料科学领域引起了广泛关注。本文采用ABO3结构的高熵陶瓷作为研究对象，通过组 分设计，探究高熵陶瓷的介电性能。研究结果表明，通过精确控制陶瓷中的成分比例，可以显著改善其介电性能，为高熵陶瓷的应用提供了新的思路和方法。 1. 引言 在现代材料科学研究中，高熵合金被认为是一种极具潜力的材料体系。高熵合金的特殊之处在于其成分多样且相对均匀，这种均匀分布的特性使得高熵合金具有很高的熵值和优异的性能。ABO3结构的陶瓷材料在许多领域具有广泛应用的潜力，如电 子器件、储能设备等。因此，研究ABO3结构高熵陶瓷的组分 设计及其介电性能，对于材料科学领域具有重要意义。 2. 实验方法 2.1 组分设计 通过改变陶瓷材料ABO3的成分比例，可以有效地调控其晶体 结构和性能。在本文中，我们选择了A、B和O三个元素作为 高熵陶瓷的组分。通过合适的成分比例，构建了不同组分的高熵陶瓷样品。 2.2 材料制备 按照组分设计方案，将A、B和O三个元素制备成陶瓷样品。 采用固相法或溶胶-凝胶法制备样品，经过高温烧结得到高熵 陶瓷试样。
3. 结果与讨论 3.1 晶体结构分析 利用X射线衍射技术对制备得到的高熵陶瓷进行晶体结构分析。研究发现，随着成分比例的改变，陶瓷的晶体结构也发生了明显变化。晶体结构的改变直接影响了高熵陶瓷的介电性能。 3.2 介电性能测试 利用介电测试仪对不同成分比例的高熵陶瓷进行了介电性能测试。研究结果显示，不同组分的高熵陶瓷在介电性能上存在显著差异。通过合理控制陶瓷的成分比例，可以实现介电常数的调控。 4. 结论 通过组分设计，并制备出不同成分比例的ABO3结构高熵陶瓷 样品。通过晶体结构分析和介电性能测试，发现高熵陶瓷的介电性能可通过精确控制成分比例来改善。这为高熵陶瓷的应用提供了新的思路和方法。未来，还需要深入研究高熵陶瓷的物理机制，进一步优化其性能，推动其在电子器件、储能设备等领域的应用。 5. 本研究通过选择A、B和O三个元素作为高熵陶瓷的组分，并通过合适的成分比例构建了不同组分的高熵陶瓷样品。利用 X射线衍射技术进行晶体结构分析，发现陶瓷的晶体结构随成 分比例的改变而变化，直接影响了介电性能。介电性能测试结果表明不同组分的高熵陶瓷在介电性能上存在显著差异，且可通过调控成分比例来改善介电常数。这为高熵陶瓷的应用提供了新的思路和方法。进一步研究高熵陶瓷的物理机制，并优化其性能，有望推动其在电子器件、储能设备等领域的应用
高熵陶瓷基本概念及单相形成能力研究 进展 摘要：高熵陶瓷作为一种新型陶瓷材料，具有耐腐蚀、抗氧化和高温性能优异等特点，是航空航天、船舶工业、精密器件等领域优异原材料。基于目前相关研究报道，简述高熵陶瓷基本概念及起单相形成能力分析。 关键词：高熵陶瓷；高熵效应；单相形成能力分析 1 引言 高熵合金是由5种及以上等摩尔或近等摩尔金属元素组成的单相固溶体合金材料。由于各组成元素原子随机占据晶格点阵，具有较高构型熵，并且“高熵”有益于抑制合金中多相形成，生成的相数目远小于吉布斯相律所决定的相数目，形成具有简单晶体结构的固溶体。同时因组成元素原子半径差异、不同元素之间相互作用等影响，出现迟滞动力、晶格畸变和非组元性能等特殊效应，被称为“高熵效应”。 借鉴于高熵合金的设计与研究，研究者对于陶瓷材料进行一系列开发探索。2015年，Rost等[1]人成功合成了一种岩盐结构的（MgNiCoCuZn)O熵稳定氧化物陶瓷，也被称为“高熵陶瓷”，经过各项表征发现与单一金属氧化物相比，高熵陶瓷具有更好的离子导电性能和介电性能，这标志着高熵陶瓷制备的可能性与潜在应用价值。高熵陶瓷是由四种阴离子或阳离子以等摩尔比或近等摩尔比组成的单相固溶体，具有组分可设计、材料性能可调控和熵效应独特等优点。目前对于高熵陶瓷的研究主要集中在成分设计、制备方法和基本性能等方面，还存在大量问题，如高熵陶瓷成分设计的系统理论，目前主要借鉴于高熵合金的设计理论；高熵合金理论的四个核心效应是否普遍使用于高熵陶瓷；高熵陶瓷单相形成能力的统一判断依据等。高熵陶瓷的定义范围也有所波动，2021年，Dippo等[2]通过
亚晶格模型计算熵值并建立了一种全新的熵度量(EM)，认为在高熵陶瓷中并非每 个亚晶格都具有高熵，并取消了对每个亚晶格都必须具有五个原子种类的要求。 2 高熵效应 高熵指材料中具有较大的构型熵，根据热力学定义，只考虑组态熵的情况下，元素的原子分数和混合熵ΔSconf之间的关系由以下方程表示： （2-1） 其中，R是气体常数，R=8.314J.K-1； X i是摩尔分数； n是组元数。 材料体系中熵的大小取决于组元数和每个组元的摩尔分数，当各组元等摩尔 比时ΔS最大，随着组元数的增加ΔS随之增加。根据体系中熵值的大小将材料 分为低熵（S conf＜0.69R）、中熵（0.69R≤S conf≤1.61R）、高熵（S conf＞1.61R） 材料[3]。当n≥5时，ΔS大于等于1.61R，认为体系处于高混合熵状态，这类材 料被称为高熵材料。 3 单相形成能力判断 目前主要有晶格常数的尺寸差异（δ）、理论设计和热力学计算。 根据Hume-Rothery规则，材料中原子间半径差与晶体结构都会影响固溶体 的形成，由此相关研究者提出了高熵合金晶体结构的判断依据[4]。晶格常数的尺 寸差异δ为： （3-1） 其中：N为高熵材料的种类数目； r i为第i组元的晶胞参数；
高熵陶瓷制备工艺的研究进展 摘要：高熵陶瓷性能优异，具有很大的应用价值，随着相关研究人员在制备工 艺方面取得了许多研究成果，高熵陶瓷的制备工艺将得到不断完善和拓展。本文 简要综述了高熵陶瓷的制备工艺，并进行总结和展望。 关键词：高熵陶瓷；制备工艺；方法；展望 高熵陶瓷的种类众多，不同种类的高熵陶瓷制备工艺也不同。氧化物高熵陶瓷最初的制备方 法是利用高温扩散作用形成固溶体，除此之外还有喷雾热解法，反向共沉淀法，溶液燃烧合 成法等制备方法，制备碳化物高熵陶瓷主要有热还原法，液相前驱体合成法和金属直接碳化法，其中热还原法还可应用于硼化物高熵陶瓷的制备，制备氮化物高熵陶瓷主要有软尿素法。本文简要介绍了高熵陶瓷的几种制备方法，并对未来高熵陶瓷的制备工艺进行展望。 1.高熵陶瓷的制备方法 高熵陶瓷制备方法众多，接下来将简要介绍高熵陶瓷的五种制备方法：溶液燃烧合成法，软尿素法，液相前驱体合成法，热还原法，金属直接碳化法。 1.1.溶液燃烧合成法： 此方法有利于在温度较低的情况下得到致密均匀的高熵陶瓷粉体，多用于氧化物高熵陶 瓷的制备，如Mao等人[1]使用了五种金属硝酸盐作为氧化剂，甘氨酸作为燃料，首先经干燥后形成蓝色凝胶，然后将其放入石英管中，在电加热炉中燃烧，该过程中释放出大量CO2， N2和水蒸气，最后经冷却后成功制备出（Co0.2Cu0.2Mg0.2Ni0.2Zn0.2）O高熵陶瓷粉末。 1.2.软尿素法： 此方法应用于氮化物高熵陶瓷的制备，如Jin等人[2]将机械化学合成法与软尿素合成法 相结合，在球磨过程中将五种过渡金属氮化物与尿素混合，产生高度分散的前驱体，随后在 N2下热解，大大增加了结构熵，成功制备了一种氮化物高熵陶瓷，性能优异。 1.3.液相前驱体合成法： 液相前驱体由初始试剂在分子水平上均匀混合形成，此方法的优点是各元素均匀分布， 不易出现偏聚现象，如Li等人[3]利用糠醇（与无机化合物具有良好的相容性）聚合前后的分 子作碳源，五种过渡金属卤化物（TiCl4，ZrCl4，HfCl4，NbCl5，TaCl5）作为金属源以及糠醇 聚合的催化剂，将液相前驱体通过在高温下热分解和形成固溶体转化为 （Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2）C高熵陶瓷粉末。 1.4.热还原法： 许多硼化物和碳化物高熵陶瓷使用热还原法进行制备，如Zhang等人[4]以HfO2，ZrO2，Nb2O5，TiO2，MoO3，B4C和石墨为原料，利用热还原法在2000℃下制备了 （Hf0.2Zr0.2Nb0.2Ti0.2Mo0.2）B2硼化物高熵陶瓷，但该方法的缺点是高熵陶瓷中含有大量 氧杂质，并且易出现元素偏聚现象。 1.5金属直接碳化法：
陶瓷构型熵 陶瓷构型熵是一种用于描述陶瓷材料结构有序性的热力学性质。它是根据陶瓷材料中原子或离子的有序性来定义的，有助于我们理解和研究陶瓷材料的性能和应用。 陶瓷是一种非金属无机材料，具有优良的机械、热学和电学性质，广泛应用于建筑、电子、化工等领域。陶瓷材料的性能与其结构有密切关系，而陶瓷构型熵可以提供有关结构的重要信息。 陶瓷构型熵与材料的晶体有序度密切相关。晶体是一种具有高度有序结构的固体，原子或离子按照特定的方式排列，形成规则的晶格。而陶瓷材料中的晶体有序度可以通过陶瓷构型熵来描述。 陶瓷构型熵的定义是在给定温度下，陶瓷材料中晶体有序度的度量。晶体有序度越高，陶瓷构型熵的值就越低。这是因为高度有序的晶体结构会使陶瓷材料的构型熵减小。 陶瓷构型熵可以通过热力学计算得到。在计算中，需要知道陶瓷材料的晶体结构和温度等参数。通过对这些参数的分析和计算，可以得到陶瓷构型熵的值。 陶瓷构型熵的值可以用来评估陶瓷材料的结构稳定性和有序度。有序度高的陶瓷材料通常具有较好的机械和热学性能，适用于高温、高压和腐蚀等恶劣环境。而有序度低的陶瓷材料则可能具有较好的导电、导热和光学性能。
陶瓷构型熵的研究对于陶瓷材料的设计和制备具有重要意义。通过控制陶瓷材料的晶体结构和有序度，可以调控其性能和应用。例如，通过控制陶瓷构型熵的值，可以制备具有特定功能的陶瓷材料，如高温超导体、光学玻璃等。 陶瓷构型熵还可以用于陶瓷材料的相变研究。相变是指物质从一种相态转变为另一种相态的过程，与材料的结构有序度密切相关。通过研究陶瓷构型熵的变化，可以揭示材料相变的机制和规律。 陶瓷构型熵是一种用于描述陶瓷材料结构有序度的热力学性质。它可以提供有关材料结构的重要信息，并对陶瓷材料的性能和应用具有重要意义。通过研究陶瓷构型熵，我们可以更好地理解和控制陶瓷材料的性质，进一步推动陶瓷材料的发展与应用。
高熵陶瓷薄膜 一、引言 高熵合金是一种新兴的材料，具有多元化的成分和高度混杂的晶体结构，因此具有出色的力学性能、耐腐蚀性能和高温稳定性。而高熵陶瓷则是在此基础上发展而来的一种新型陶瓷材料，其特点是具有高度混杂的晶体结构和非常低的热传导系数。本文将重点介绍高熵陶瓷薄膜。 二、高熵陶瓷薄膜制备方法 1.物理气相沉积法（PVD） 物理气相沉积法是利用真空条件下，通过对靶材进行电子轰击或者离子轰击，使靶材表面原子或分子逸出并在基板上沉积形成薄膜。该方法可以制备出均匀致密、厚度可控的高质量高熵陶瓷薄膜。 2.化学气相沉积法（CVD） 化学气相沉积法是利用化学反应在基板表面上形成所需材料的方法。该方法可以制备出具有良好晶体质量和较大尺寸的高熵陶瓷薄膜，但需要高温条件下进行反应。 3.溅射法 溅射法是利用离子轰击靶材表面使其产生原子或分子逸出并在基板上沉积形成薄膜的方法。该方法可以制备出具有良好致密性和均匀性的高熵陶瓷薄膜。
三、高熵陶瓷薄膜的性能和应用 1.性能 高熵陶瓷薄膜具有以下优异的性能： （1）低热导率：由于其多元化成分和高度混杂的晶体结构，使得其具有非常低的热传导系数，因此可以作为隔热材料使用。 （2）硬度较大：由于其晶体结构复杂，因此硬度相对较大，可以作为表面涂层材料使用。 （3）耐高温：由于其具有良好的稳定性和抗氧化性能，因此可以在高温环境下使用。 2.应用 （1）隔热涂层：由于高熵陶瓷薄膜具有非常低的热传导系数，因此可以作为隔热涂层使用，用于热保护材料、航空航天等领域。 （2）表面涂层：由于高熵陶瓷薄膜具有硬度较大的特点，因此可以作为表面涂层使用，用于提高材料的耐磨性、耐腐蚀性等。 （3）传感器：由于高熵陶瓷薄膜具有良好的稳定性和抗氧化性能，因此可以作为传感器材料使用，用于制造高温传感器。 四、发展趋势 目前，高熵陶瓷薄膜的应用领域还比较有限，但是随着技术的不断进步和发展，其应用领域将会越来越广泛。未来可能会出现更多新型高熵陶瓷材料，并且制备方法也会更加简单和成熟。同时，在应用方面也会出现更多新的领域和场景。
高熵陶瓷性能及应用的研究进展 摘要高熵陶瓷是一种新兴的陶瓷材料，虽然问世只有短短的几年，但是在性能 和应用方面都取得了一定的进展。本文从高熵陶瓷的性能及应用两方面进行了简 要的总结及展望。 关键词高熵陶瓷；性能；应用；展望 高熵陶瓷性能优异，应用广泛，作为结构陶瓷具有高硬度高耐磨性的特征， 作为功能陶瓷具有优异的热电性，低热导等特征，可应用于超高熔点陶瓷，热电 材料，催化剂及电极材料等领域。本文简要综述了高熵陶瓷的性能及应用两方面，最后进行了简要的总结和展望。 1.高熵陶瓷的性能 高熵陶瓷的类型众多，不同类型的高熵陶瓷性能各异，主要具有热导率低， 比电容高，锂离子存储能力强，硬度高，抗氧化能力强等优异性能。 1.1.热导率低： 高熵陶瓷晶格中产生的大量晶格畸变以及高熵陶瓷组元的增加都会使得其热 导率下降，例如Chen等人[1]制备的(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2)C碳化物高熵陶瓷 具有0.39W·m-1·K-1的低室温导热系数以及0.74mm2/s的低热扩散率。Yan等人[2]制备的(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)C碳化物高熵陶瓷，在氩气环境中超过1140℃ 时仍具有热稳定性，该高熵陶瓷的导热系数低，扩散率远低于五元碳化物HfC，ZrC，TaC，NbC和TiC。 1.2.比电容高，锂离子存储能力强： 氧化物和氮化物高熵陶瓷具有出色的电容保持能力如Jin等人[3]制备的 （V0.2Cr0.2Nb0.2Mo0.2Zr0.2）N氮化物高熵陶瓷在100 mV/s的扫描速率下可获 得78 F/g的比电容,具有作为超级电容器的应用潜力，另外Qiu等人[4]使用 （Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2）O氧化物高熵陶瓷作为锂离子电池的负极材料， 该高熵陶瓷可提供约1585 mAh/g的高初始放电比容量，和920mAh/g的可逆容量，并且经过长期循环，电极仍然保持稳定。 1.3.硬度高： 碳化物高熵陶瓷一般都拥有更高的硬度如Sarker 等人[5]制备的 （Hf0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2）C和（Hf0.2W0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2）C碳化物高熵陶瓷 的硬度分别为32 GPa（几乎比ROM预测高50％）和33 GPa，可用作设计新型超 硬材料。 1.4.良好的抗氧化能力： 非氧化物高熵陶瓷，相比于其原始成分而言具有良好的抗氧化能力，如Zhou 等人[6]在1950℃下制备了（Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2）C 碳化物高熵陶瓷粉体， 并将其与原始成分构成的混合粉末做抗氧化性比较，对于原始混合粉末，氧化在 大约96.45℃时开始发生，随着温度升高超过450℃，氧化速度增加，使得其重量 显著增加并达到最大值，此时温度约781.45℃。相比之下，高熵陶瓷粉末在约403.04℃开始发生氧化，重量在超过600℃时显著增加，并在约808.04℃达到最 大值。这些差异表明，制备的高熵陶瓷粉末的抗氧化性优于其原始成分。 2.高熵陶瓷的应用 碳化物和硼化物高熵陶瓷具有的高熔点，高硬度，低热导率等特性，可在航 空航天等极端条件下应用于保温隔热领域，也可将其制成高熵陶瓷涂层，提高器
高熵陶瓷薄膜 介绍 高熵陶瓷薄膜是一种具有高度复杂结构和多元成分的陶瓷薄膜材料。与传统的陶瓷材料相比，高熵陶瓷薄膜具有更高的熵值，即具有更多的元素类型和更均匀的组分分布。这种特殊的结构使得高熵陶瓷薄膜具有许多独特的性质和应用潜力。 特点 1.多元成分：高熵陶瓷薄膜由多种不同的元素组成，这些元素可以是金属、氧 化物、硅等。 2.高熵效应：高熵陶瓷薄膜中的元素分布均匀，没有明显的主元素，形成了高 度复杂的结构。 3.高熵陶瓷薄膜具有优异的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性。 4.高熵陶瓷薄膜具有优异的导电性和光学性能，可应用于电子器件、光学器件 等领域。 制备方法 高熵陶瓷薄膜的制备方法主要包括物理气相沉积和化学气相沉积两种。 物理气相沉积 物理气相沉积是一种通过物理方法将原料蒸发或溅射到基底上形成薄膜的方法。这种方法适用于制备高熵陶瓷薄膜，可以得到均匀且致密的薄膜。 化学气相沉积 化学气相沉积是一种通过化学反应将气体中的原料沉积到基底上形成薄膜的方法。这种方法可以控制薄膜的成分和结构，可以得到具有特殊性质的高熵陶瓷薄膜。 应用领域 高熵陶瓷薄膜具有广阔的应用前景，可以应用于以下领域：
电子器件 高熵陶瓷薄膜具有优异的导电性能和热稳定性，可以用于制备高性能的电子器件。例如，高熵陶瓷薄膜可以用作电极材料、隔离层材料等。 光学器件 高熵陶瓷薄膜具有优异的光学性能，可以用于制备高性能的光学器件。例如，高熵陶瓷薄膜可以用作反射镜、透镜、滤光片等。 耐腐蚀材料 高熵陶瓷薄膜具有优异的耐腐蚀性能，可以用于制备耐腐蚀材料。例如，在化学工业中，可以使用高熵陶瓷薄膜制备耐腐蚀的反应器。 传感器 高熵陶瓷薄膜具有优异的力学性能和热稳定性，可以用于制备高性能的传感器。例如，高熵陶瓷薄膜可以用于制备压力传感器、温度传感器等。 发展趋势 高熵陶瓷薄膜作为一种新型材料，目前还处于研究和开发阶段。未来，随着制备技术的进一步发展和应用需求的增加，高熵陶瓷薄膜的应用领域将会不断扩大。 制备技术的发展 目前，高熵陶瓷薄膜的制备技术还存在一些挑战，例如制备过程中的成分控制、结构控制等问题。未来，需要进一步改进制备技术，提高材料的制备效率和性能。 应用领域的拓展 随着人们对高性能材料的需求不断增加，高熵陶瓷薄膜的应用领域将会不断拓展。未来，高熵陶瓷薄膜可能应用于更多的领域，例如能源领域、生物医学领域等。
高熵陶瓷的迟滞扩散现象 高熵陶瓷是指一种具有高熵结构的材料，其熵值远高于传统陶瓷材料。高熵陶瓷的熵值是指其晶格结构的无序程度，高熵陶瓷具有高熵结构，晶格中存在大量的局域无序区域，这种无序性能够优化材料的物理性能和化学性能。尤其是高熵陶瓷中的迟滞扩散现象引起了人们的广泛关注。 迟滞扩散是指在高熵陶瓷材料中，当温度或压力发生变化时，原子团簇或晶界位错的扩散速率发生明显的延迟或滞后现象。这种迟滞扩散现象的产生是由于高熵陶瓷的高熵结构导致了晶格的复杂性和多样性。高熵陶瓷的晶粒是由不同原子组成的复合晶粒，而且晶粒之间存在大量的晶界位错。这些复杂的结构对于原子扩散的路径和速率造成了很大的影响。 迟滞扩散现象具有很多独特的特点。首先，迟滞扩散是非均匀的，即不同晶粒或晶界位错发生扩散的速率是不一样的。其次，迟滞扩散是非线性的，扩散速率与温度或压力的变化呈现非线性关系。此外，迟滞扩散还具有历史依赖性，即材料的热处理历史对于迟滞扩散现象的产生和发展起着决定性的作用。最后，迟滞扩散还具有强非简谐性，其扩散速率与晶格振动的非谐性有关。 迟滞扩散现象在高熵陶瓷的应用中具有重要的意义。首先，迟滞扩散可以提高高熵陶瓷的材料稳定性。由于迟滞扩散导致了晶界的位错和晶粒的非均匀扩散，使得材料的局部结构更加稳定，有利于提高材料的抗氧化、抗腐蚀和抗变形能力。其次，迟滞扩散可以调控高熵陶瓷的物理性能和化学性能。迟滞扩散改变了材料中原子的排列方式和原子的局部环境，从而调控了材料的硬度、弹性模量、热导率和电导率等性能。 然而，迟滞扩散现象也给高熵陶瓷的制备和应用带来了一些挑战。首先，迟滞扩散现象的非线性特性和历史依赖性意味着高熵陶瓷的制备过程需要精确控制温度和压力等工艺参数，以获得所需的物理性能和化学性能。其次，迟滞扩散的非均匀性和强非简谐性意味着高熵陶瓷的宏观性能与局部结构之间存在复杂的关联，表征和理解高熵陶瓷的宏观性能需要发展更加精密的实验技术和理论模型。 为了进一步理解和应用高熵陶瓷中的迟滞扩散现象，需要开展深入的研究工作。首先，需要开展大规模的实验研究，探索不同成分和结构的高熵陶瓷材料中迟滞扩散的机制和影响因素。其次，需要发展新的表征技术和建立精确的理论模型，以解释和预测高熵陶瓷的迟滞扩散现象。最后，需要利用高熵陶瓷的迟滞扩散特性，开发新的高性能材料和器件，推动高熵陶瓷的应用领域的进一步发展。
高熵钙钛矿铁电陶瓷的组分设计与介电性能研究 高熵钙钛矿铁电陶瓷的组分设计与介电性能研究 摘要： 钙钛矿铁电陶瓷因其优异的介电性能和独特的晶体结构，在电子器件、传感器、能量存储等领域中具有广阔的应用前景。本文通过高熵合金的组分设计与制备，研究了高熵钙钛矿铁电陶瓷的介电性能，探讨了组分对其结构和性能的影响。结果表明，高熵合金的引入能够显著改善钙钛矿铁电陶瓷的性能，为其在实际应用中提供了更大的潜力。 1. 引言 钙钛矿铁电陶瓷是一类结构特殊且功能独特的材料，被广泛应用于电子和能源领域。具有优异的介电性能和良好的电场响应特性，适用于各种电子元件的制备。然而，传统的钙钛矿铁电陶瓷存在一些局限性，如相变温度较低、介电常数偏低等。为了进一步提高其性能，高熵合金的设计和制备成为了一种新的方法。 2. 高熵合金的组分设计 高熵合金是一种由多种元素组成、具有高度混乱无序结构的材料。通过在组分设计上引入更多的元素，可以增加材料的组分熵，从而优化材料的性能。本研究中，我们选择了若干具有不同离子半径和极性的元素，包括钡(Ba)、钙(Ca)、锶(Sr)、钛(Ti)和铌(Nb)，进行了高熵合金的组分设计。 3. 高熵钙钛矿铁电陶瓷的制备 在制备过程中，我们采用了固相反应的方法。首先，将事先粉碎和混合好的原料放入高温炉中，在合适的温度下进行烧结。通过控制合金的成分和烧结条件，得到了不同组分的高熵钙钛
矿铁电陶瓷。 4. 结构分析 通过X射线衍射仪对制备得到的高熵钙钛矿铁电陶瓷进行了结构分析。结果显示，高熵合金的引入改变了材料的晶体结构，增加了晶格畸变和局部无序度。这种无序结构可以提供更多的自由度，促进了材料的电场响应能力。 5. 介电性能的研究 利用介电谱仪对高熵钙钛矿铁电陶瓷的介电性能进行了测试。结果显示，与传统的钙钛矿铁电陶瓷相比，高熵合金的引入显著改善了材料的介电常数和介电损耗。不同组分的高熵合金表现出不同的介电性能，具有更广泛的应用潜力。 6. 结论 本研究通过高熵合金的组分设计与制备，研究了高熵钙钛矿铁电陶瓷的组分与介电性能的关系。结果表明，高熵合金的引入能够显著改善钙钛矿铁电陶瓷的性能。在实际应用中，高熵钙钛矿铁电陶瓷具有更广泛的应用前景。未来的研究中，需要进一步研究高熵合金的合成方法和优化材料的性能，以实现更高的性能和更广泛的应用 综合以上研究结果，我们成功制备了高熵钙钛矿铁电陶瓷，并通过结构分析和介电性能测试对其进行了详细研究。通过引入高熵合金，材料的晶体结构发生改变，晶格畸变和局部无序度增加，从而提供更多的自由度，提高了电场响应能力。与传统的钙钛矿铁电陶瓷相比，高熵合金的引入显著改善了材料的介电常数和介电损耗，展示出更广泛的应用潜力。未来的研究需要进一步优化高熵合金的合成方法，以实现更高的性能和更