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　　A₂B₂O₇型高熵陶瓷組分具有可調(diào)空間大、氧空位濃度高等特性，在新型熱防護(hù)涂層用陶瓷材料中有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該類型高熵陶瓷可分別或同時(shí)在A位和B位兩個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行高熵化組分調(diào)控，使其晶胞中存在嚴(yán)重晶格畸變，表現(xiàn)出較高的質(zhì)量無序度、離子尺寸無序度和電荷無序度，這些特殊效應(yīng)能夠顯著提升材料綜合性能，使其展現(xiàn)出優(yōu)異的耐熔鹽腐蝕性能、高溫相穩(wěn)定性和機(jī)械性能等。 

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤(rùn)滑與防護(hù)材料研發(fā)中心磨損與表面工程課題組針對(duì)航空航天用高性能熱防護(hù)陶瓷材料開展了系統(tǒng)研究工作。研究人員研究了高熵陶瓷材料的高熵構(gòu)型與其熱物理性能之間的構(gòu)效關(guān)系，分析了陶瓷材料質(zhì)量無序度、離子尺寸無序度和電荷無序度等材料結(jié)構(gòu)特征對(duì)其熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和耐熔鹽腐蝕性等的影響，揭示了高熵構(gòu)型效應(yīng)對(duì)材料熱物理特性改善提升的內(nèi)在機(jī)理。 

　　研究人員在傳統(tǒng)組分La₂Ce₂O₇陶瓷材料體系中，利用三價(jià)稀土元素，對(duì)La₂Ce₂O₇陶瓷材料的A位進(jìn)行組分高熵化設(shè)計(jì)，制備出了(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇高熵陶瓷材料，重點(diǎn)闡釋了材料高熵構(gòu)型及特殊效應(yīng)與其熱物理性能之間的構(gòu)效關(guān)系，繼而為高熵陶瓷TBCs材料熱物理性能的改善提升提供了新策略和新方法。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Advanced Ceramics（2022, 11(4): 615–628）上。 

圖1. (La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇結(jié)構(gòu)示意圖和熱性能對(duì)比圖

　　近期，研究人員通過系統(tǒng)考察(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Nb_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇兩種高熵鈰酸鹽陶瓷材料在不同腐蝕性介質(zhì)中（Na₂SO₄+V₂O₅）的熔鹽腐蝕行為，重點(diǎn)探究了上述高熵陶瓷內(nèi)在特殊效應(yīng)對(duì)熔鹽腐蝕行為的影響，分析了腐蝕過程中高熵陶瓷材料的結(jié)構(gòu)演變過程，從微觀層面揭示了腐蝕介質(zhì)對(duì)高熵鈰酸鹽陶瓷材料的腐蝕作用機(jī)理，尤其是Nb元素的引入對(duì)(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇耐腐蝕性能改善提升的作用機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表在Corrosion Science（2022，204，110414）和Chemical Engineering Journal（2023,457，141346）上，獲中國發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)（一種抗熔鹽腐蝕的高熵氧化物陶瓷材料及其制備方法，ZL 202211038839.5）。 

圖2. (La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和La₂Ce₂O₇腐蝕深度和腐蝕機(jī)理示意圖

圖3. (La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Nb_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇高熵陶瓷與高溫熔鹽腐蝕介質(zhì)吸附作用的DFT計(jì)算

圖4. (La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Nb_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇高熵陶瓷的高溫熔鹽腐蝕機(jī)理示意圖

　　上述工作第一作者為2020級(jí)博士生薛蕓，蘭州化物所安宇龍研究員和蘭州大學(xué)高美珍教授為通訊作者。 

　　以上工作得到了國家自然科學(xué)基金委和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。