高熵陶瓷结构及种类的研究进展
高熵陶瓷性能及应用的研究进展
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。
高熵陶瓷制备工艺的研究进展
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。
高熵纳米陶瓷
高熵纳米陶瓷全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高熵纳米陶瓷是一种新型的陶瓷材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
它的独特之处在于其结构中存在多个元素，并且元素的比例并不固定，导致其具有高度的熵值。
高熵纳米陶瓷在材料科学领域备受关注，被认为是未来材料研究的一个重要方向。
高熵纳米陶瓷的制备方法主要有几种，包括机械合金法、溶胶-凝胶法、热处理法等。
机械合金法是一种常用的制备方法，通过不同元素的混合与合金化，得到高熵纳米陶瓷。
溶胶-凝胶法是利用溶胶和凝胶的性质，将多种元素混合制备成高熵纳米陶瓷。
热处理法则是通过高温热处理使元素在晶体结构中达到均匀分布，从而形成高熵纳米陶瓷。
高熵纳米陶瓷具有许多优良的性能，如高硬度、耐磨性、耐高温、耐腐蚀等。
由于其独特的结构和性能，高熵纳米陶瓷在航空航天、汽车制造、工程建筑等领域有着广泛的应用。
在航空发动机零部件中使用高熵纳米陶瓷可以提高其抗磨损和抗腐蚀性能，延长使用寿命；在汽车发动机零部件中使用高熵纳米陶瓷可以增加其耐高温性能，提高发动机的工作效率。
除了在传统工程领域的应用外，高熵纳米陶瓷还具有潜在的生物医学应用价值。
研究表明，高熵纳米陶瓷具有优异的生物相容性和生物活性，可以用于人体骨骼修复、人造骨骼等领域。
高熵纳米陶瓷材料可以作为人工骨骼植入材料，与骨骼组织具有良好的结合力，加速骨骼修复和生长。
目前高熵纳米陶瓷的研究仍处于起步阶段，尚需进一步深入研究其制备方法、性能调控和应用领域。
未来，随着材料科学技术的不断发展和突破，高熵纳米陶瓷将在更多领域展现出其潜力和价值，为人类社会带来更多的福祉和发展机遇。
第二篇示例：高熵合金是指具有较高熵值的特殊合金体系，其中熵值是指体系中无序程度的度量。
在传统的合金体系中，通常采取掺杂元素的方法来改变合金的性能，但是高熵合金采用了另一种策略，即将多种元素掺入到合金中形成具有高度复杂结构的固溶体。
由于高熵合金具有均匀的晶粒和均匀分布的掺杂元素，具有优异的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性，在航空航天、汽车制造和结构材料等领域发挥着重要作用。
高熵陶瓷研究进展
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(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)1-x-yGyAxO (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(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)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。
高熵陶瓷基本概念及单相形成能力研究进展
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。
高熵陶瓷的发展趋势
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高熵陶瓷的发展趋势（大纲）一、引言1.1背景介绍1.2高熵陶瓷的定义及特性1.3研究意义及目的二、高熵陶瓷的研究现状2.1国内外研究概况2.2主要研究成果及应用领域2.3存在的问题及挑战三、高熵陶瓷的发展趋势3.1材料设计与制备方法3.1.1高熵陶瓷的成分设计3.1.2制备工艺的优化与创新3.2结构与性能关系研究3.2.1微观结构调控3.2.2性能优化及提升3.3新型高熵陶瓷材料的研究与发展3.3.1新型高熵陶瓷的探索3.3.2多功能高熵陶瓷的研究3.4应用领域的拓展3.4.1陶瓷基复合材料3.4.2生物医学领域3.4.3能源与环境领域四、高熵陶瓷的产业化与市场前景4.1产业化现状与发展趋势4.2技术创新与产业升级4.3市场前景及竞争格局五、我国高熵陶瓷研究与发展策略5.1政策支持与资金投入5.2人才培养与技术交流5.3产学研合作与产业链构建六、总结与展望6.1研究成果总结6.2面临的挑战与机遇6.3未来发展展望一、引言随着科技的发展和材料科学的进步，新型材料的研究与开发成为当今世界范围内的热点问题。
特别是在先进陶瓷材料领域，寻找具有优异性能的高性能陶瓷材料一直是科研人员的重要研究方向。
在这样的背景下，高熵陶瓷应运而生，成为材料科学研究领域中的一个新兴分支。
高熵碳化物陶瓷的制备及性能研究
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。
高熵陶瓷材料研究进展及挑战
第 1 期第 83-100 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.83-100第 52 卷2024 年 1 月高熵陶瓷材料研究进展及挑战Research progress and challenge of high entropy ceramic materials王云平1，2，刘世民1*，董闯3*（1 大连交通大学 材料科学与工程学院， 辽宁 大连 116028；2 大连大学，辽宁 大连 116622；3 大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室， 辽宁 大连 116024）WANG Yunping 1，2，LIU Shimin 1*，DONG Chuang 3*（1 School of Materials Science and Engineering ，Dalian Jiaotong University ，Dalian 116028，Liaoning ，China ；2 Dalian University ，Dalian 116622，Liaoning ，China ；3 Key Laboratory of MaterialsModification by Laser ，Ion and Electron Beams （Ministry ofEducation ），Dalian University of Technology ，Dalian 116024，Liaoning ，China ）摘要：高熵作为全新的材料体系，得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能，已成为材料领域的研究热点。
高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段， 尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面，亟待深入研究。
因此，本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳，并通过团簇加连接原子模型（CPGA ）对高熵陶瓷（HEC ）成分设计进行解析，深入挖掘了HEC 的组元和微结构以及性能之间的关系。
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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：
钙钛矿结构可用ABO3表示，常见的钙钛矿型高熵陶瓷为复合钙钛矿结构，即A位或者B位由两种或者两种以上的离子占据，此时该陶瓷的构型熵会变大，形成钙钛矿型高熵陶瓷。
成浩然等[1]采用碳酸钡，氧化铈，氧化铪等化学试剂，按照一定的化学反应计量比，分别在1200℃和1350℃下煅烧12小时，通过固相反应合成了Ba（Ce0.2Hf0.2Sn0.2Ti0.2Zr0.2）O3和Ba（Nb0.2Yb0.2Sn0.2Ti0.2Zr0.2）O3钙钛矿型氧化物高熵陶瓷。
2.13萤石型氧化物高熵陶瓷：
相关研究人员将二氧化铈，二氧化钛和氧化锡等材料按照一定的化学反应计量比，在1350℃下经12h合成（Ce0.2Zr0.2Hf0.2Sn0.2Ti0.2）O2萤石型氧化物高熵陶瓷，但该材料热导率较低，可能产生局部烧结的情况。
2.2碳化物高熵陶瓷：
碳化物高熵陶瓷具有岩盐结构，Zhou等[2]在1950℃下制备了
（Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2）C 高熵陶瓷粉体，其结构为面心立方结构固溶体，其中金属原子随机置于金属亚晶格中，该高熵陶瓷在抗氧化性方面表现出比其原始成分更好的性能，并且其力学和热力学性能优异。
2.3硼化物高熵陶瓷：
Gild[3]通过高能球磨和火花等离子体烧结方法制备了七种硼化物高熵陶瓷，如
（Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2）B2和（Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2）B2。
其具有独特的分层六方晶体结构，拥有交替的刚性2D硼网和金属阳离子的高熵2D层，在金属和硼之间具有混合的离子键和共价键。
2.4氮化物高熵陶瓷：
Jin[4]等人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，产生高度分散的前体，随后在N2下热解，大大增加了结构熵，第一次成功制备了（V0.2Cr0.2Nb0.2Mo0.2Zr0.2）N氮化物高熵陶瓷，其显示出金属氮化物的晶体结构，并呈现出较窄的中孔分布（2nm）。
2.5硅化物高熵陶瓷：
Gild[5]使用MoSi2，NbSi2，TaSi2，TiSi2，WSi2和ZrSi2的粉末（99%纯度，≥45µm），通过高能球磨混合，在带有氮化硅介质的氮化硅罐中研磨，并通过火花等离子烧结方法得到（Mo0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2W0.2）Si2硅化物高熵陶瓷，该高熵陶瓷具有六角形C40晶体结构。
3.总结与展望
目前，绝大多数高熵陶瓷为等原子比，由过渡金属元素组成，且发生晶格畸变，其最常见的合成方式为固相反应，组元之间的晶格常数失配度，相互固溶度是能否形成高熵陶瓷的关键因素。
其热力学稳定性可用于预测其单相形成能力和相稳定性，今后研究将主要集中在高熵陶瓷组元的设计和优化配比，以及探究各元素固溶机制，发展高熵陶瓷设计理论及统一判据等方面。
参考文献
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[4] JIN T，SANG X，Raymond R，Richard T，et al.Mechanochemical-assisted synthesis of high-entropy metal nitride via a soft urea strategy.Advanced Materials，2018，30（23）：1707512.
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（Mo0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2W0.2）Si2.Journal of Materiomics，2019，5（3）：337–343.
作者简介：王晓东（2000-10），男，河北省沧州人;汉;本科生，研究方向：材料科学与工程。