目前的研究表明，阳离子半径的标准差、组态熵或Ce4+的维持对单相hefo的形成有一定的影响，但所发现的规律仅适用于部分合成的材料体系，具有明显的局限性。此外，在合成材料中使用的元素范围相对狭窄，这限制了充分利用高熵材料的优势及其广阔的组成空间的潜力。

　　“受合成的hefo和掺杂的完全稳定氧化锆的稳定机制的启发，我们认为平均阳离子半径(r)和氧空位浓度（Ovac）应该是影响hefo形成的重要因素。”研究小组组长李翠伟说：“我们选择（Ce0.2Zr0.2Hf0.2Sn0.2Ti0.2）O2作为主要对象，CaO被用来引入氧空位。首先研究了CaO含量对单相（Cax(Ce0.2Zr0.2Hf0.2Sn0.2Ti0.2)1?x）O2?δ (x=0-0.3)成形性的影响。然后，在Cax(Ce0.2Zr0.2Hf0.2Sn0.2Ti0.2)1?x O2?δ （x=0.2和0.22）附近进行网格搜索，系统研究r和Ovac对单相（CaxCey1Zry2HfzSnzTiz）O2?δ可成形性的影响。我们发现适当增加r和引入Ovac有助于hefo的形成性。上述研究结果在基于价组合策略设计的三种新型hefo中得到进一步验证，该策略由+3 ~ +6不同价的元素组成。

　　众所周知，在电绝缘材料中热能是通过声子传递的，声子的运动主要受到各种声子散射过程的限制，包括声子-声子散射、晶界散射和缺陷散射。研究表明，hefo的低导热系数可归因于大量的氧空位，以及化学复杂性引起的质量波动和应力场波动。在本文中，我们从质量无序、尺寸无序和Ovac三个方面考虑了声子散射对导热系数的影响。对于具有相同Ovac的样品，热导率与尺寸无序和质量无序之间存在负相关。高Ovac水平导致的氧空位聚集会削弱声子散射效应。”

　　“基于我们的研究结果，我们提出了一种低导热hefo的新设计方法。该方法包括两个步骤：首先，根据价组合和元素性质确定元素组合；其次，在能够形成hefo的r和Ovac范围内，应尽可能增加质量无序度和尺寸无序度，并将Ovac调整到防止团聚的水平。这种方法强调仔细考虑组合物中高价阳离子的含量。这是因为高价阳离子通常具有相对较小的半径，它们的引入会导致Ovac的减少。”

　　这种新的设计方法将有助于hefo的成分扩展和性能研究，并为其他高熵氧化物的成分设计提供参考。所制备的低导热系数的hefo有望在热防护领域得到应用。

　　该团队于2024年9月29日在《高级陶瓷杂志》上发表了他们的研究成果。

　　中央高校基本科研业务费专项资金（No. 2023YJS062和2022JBZY025）；清华大学新型陶瓷及精细加工国家重点实验室（No. 2023jbzy025）；KFZD201902)和北京市中央高校建设专项资金。

　　关于作者

　　李翠伟，教授，现就职于北京交通大学机电控制工程学院。主要研究方向为高熵氧化物的组成设计与表征、多孔陶瓷的结构设计与应用。

　　关于高级陶瓷杂志

　　《先进陶瓷杂志》（JAC）是一本国际学术期刊，介绍了先进陶瓷和陶瓷基复合材料的加工、结构和性能的理论和实验研究的最新成果。《江淮化学》是完全开放获取的，由清华大学出版社每月出版，并通过SciOpen独家提供。JAC 2023年IF为18.6，在“材料科学，陶瓷”类期刊中排名top1 (1/31, Q1)， 2023年CiteScore在Scopus数据库中排名21.0（前5%）。ResearchGate网站：https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508

　　关于SciOpen

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