中國粉體網(wǎng)訊 受高熵合金材料設計理念的啟發(fā)，美國北卡羅來納州立大學STEFANO團隊于2015年首次成功制備出（Mg0.2Co0.2Ni0.2Zn0.2Cu0.2）O氧化物高熵陶瓷，自此掀起了高熵陶瓷材料的研究熱潮。
高熵陶瓷材料體系也由最初的氧化物擴展到碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物等多種材料體系。而以難熔金屬碳化物、硼化物超高溫陶瓷為組元的超高溫高熵陶瓷材料，由于其具有較高的熔點、優(yōu)異的高溫強度、良好的熱穩(wěn)定性以及較低的熱膨脹系數(shù)等特性，在極端苛刻服役環(huán)境下展現(xiàn)著巨大的應用潛力，已成為高熵陶瓷領域研究的熱點方向之一。
作為航空航天飛行器上的關鍵材料，超高溫陶瓷材料將扮演著保駕護航者的角色，幫助人們不斷突破速度和空間上的極限，受到世界各軍事大國的高度重視。超高溫陶瓷（UHTCs）具有良好的高溫熱穩(wěn)定性、抗氧化性和抗酸堿腐蝕性，可以在苛刻環(huán)境下服役。但是，大部分超高溫陶瓷材料，如過渡金屬硼化物和過渡金屬碳化物等超高溫陶瓷具有良好的導電性，它們的吸波性能并不理想。近年來，高熵陶瓷（HECs）的興起為吸波材料的設計提供了新思路。通過高熵組分設計和制備高熵超高溫陶瓷，不僅可以調(diào)控阻抗匹配特性和吸波性能，還可以提高高溫熱穩(wěn)定性和抗氧化性，從而獲得高性能的高溫吸波材料。
采用高熵陶瓷的設計理念，不僅可以改善材料的性能，還能拓展材料成分的設計空間。已有研究表明，通過增加體系的構(gòu)型熵有利于提高材料的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和耐腐蝕性，并且可以有效調(diào)控導電性能、介電性能和磁性能。通過組分設計，可以調(diào)控材料的電磁參數(shù)，進而調(diào)控材料的匹配特性和吸波性能，這為賦予具有良好導電性的介電型吸波材料優(yōu)異的吸波性能提供了一種新思路。
與傳統(tǒng)材料相比，超高溫高熵陶瓷材料研究往往涉及陽離子、陰離子、缺陷多組元復雜成分空間，涉及宏觀、介觀、微觀、納觀多個尺寸維度，涉及極端熱、力等多場耦合服役環(huán)境，研究工作更為復雜。
華南理工大學褚衍輝團隊在國際上較早地開展了高熵超高溫陶瓷材料研究，開發(fā)出系列高熵超高溫陶瓷材料，建立了精準的相形成能力判據(jù)以及可遷移的機器學習勢函數(shù)，實現(xiàn)了對其力-熱性能的精準預測；率先發(fā)明了多種合成高熵超高溫陶瓷粉體的方法，制備出系列高品質(zhì)粉體，實現(xiàn)了公斤級批量化生產(chǎn)，產(chǎn)品已供多所院校。
2024年，褚衍輝團隊通過多尺度結(jié)構(gòu)設計，成功制備出兼具超強力學強度和高隔熱的高熵多孔硼化物陶瓷材料。同時，該材料還展現(xiàn)出了2000℃高溫穩(wěn)定性。相關成果發(fā)表于《先進材料》。
中國粉體網(wǎng)將于2025年5月13日在江蘇昆山舉辦“第四屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術大會”，屆時，來自華南理工大學的褚衍輝研究員將帶來題為《高熵超高溫陶瓷材料》的報告，報告將為大家揭示高熵超高溫陶瓷晶格畸變與力-熱-電-磁性能之間的關聯(lián)機理，闡明多組元協(xié)同抗氧化機制，開發(fā)出耐2000°C超高強高隔熱多孔高熵陶瓷材料。
報告老師簡介
褚衍輝，華南理工大學研究員，2016年博士畢業(yè)于西北工業(yè)大學，其中2014年1月至2015年9月在美國哈佛大學博士聯(lián)合培養(yǎng)。2017年開始從事高熵陶瓷材料研究工作，以第一或通訊作者在Matter、Adv Mater、Adv Funct Mater、Acta Mater等期刊發(fā)表SCI論文100余篇，獲授權國家發(fā)明專利30余件，主持基金委優(yōu)青、科技部重點研發(fā)計劃青年科學家等項目，曾獲教育部自然科學獎一等獎（排名第6）、美國陶瓷學會Ross Coffin Purdy獎等，兼任中國硅酸鹽學會測試技術分會副秘書長、《Int. J. Appl. Ceram. Technol.》和《Journal of Materiomics》期刊編委等。
來源：
魯楠等：多尺度模擬計算方法在超高溫高熵陶瓷材料中的應用進展
張偉明等：高熵陶瓷:吸波材料設計新策略
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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