如上图所示，高熵氧化物材料具有保护涡轮叶片所需的优越热性能和机械性能。信贷:Pro-Per能源服务， Wikimedia (CC BY-SA 4.0)
随着北半球又一个创纪录的炎热夏天的过去，我们很高兴地看到，许多公司正在认真对待减少对化石燃料依赖的必要性。例如，福特汽车最近宣布了他们的投资110亿美元在工厂生产F-150电动卡车和所需的电池。因为F-150是它是美国最受欢迎的汽车之一在美国，这一消息对于让更多的美国消费者放弃化石燃料运输具有相当重要的意义。
但是，如果不是不可能的话，将所有形式的交通工具转化为电力驱动系统将是困难的。当然，越洋船只和飞机将继续使用化石燃料，直到电池达到足够的能量密度，可以在没有电力供应的地方不间断地航行。考虑到这一需求，开发更高效发动机的努力正在全速前进。
提高涡轮发动机的工作温度是提高涡轮发动机效率的途径之一。正如在许多文章中提到的，包括这结论例如，陶瓷基复合材料(CMC)与环境屏障涂层(EBC)在应对超高工作温度的挑战方面表现出巨大的前景。
EBCs必须保护涡轮核心材料免受化学攻击和热降解，同时在周期性和急性热应力下保持完整性。好的EBC材料具有较低的热导率，因此基材的温度保持较低。其热膨胀系数应较高，以与基体及连接层的热膨胀系数相匹配。该材料不应与硅酸盐反应，硅酸盐是粉尘的主要成分。最后，EBC应具有较高的韧性和相对较低的杨氏模量抗裂性能。
氧化钇稳定氧化锆(YSZ)与不同水平的氧化钇通常用于ebc。它们的热膨胀行为接近于基材的热膨胀行为，并且它们的导热系数足够低。然而，它们往往有较低的机械损伤容限，并容易与硅酸盐反应。因此，许多研究人员正在努力寻找具有优越热和机械性能的替代材料。
高熵氧化物(HEOs)是用于ebc的一类材料之一。从热力学课程中你可能还记得，熵是结构无序的度量，熵越高，系统越稳定。
在高熵的氧化物中，无序是通过使用价(电荷)相似但大小不同的多个阳离子来实现的。这些阳离子随机占据HEO晶体结构中的位置。在适当的成分下，不同大小的阳离子会扭曲结构而不破坏它。这种扭曲导致了一些非常有趣的特性，其中许多对ebc是有益的。
最近的两篇文章美国陶瓷协会杂志m6米乐网官网探索不同的高熵氧化物系统。两项研究都使用第一原理建模来确定组分的能量学，以绘制稳定范围。该模型比较了提议的组成和结构与未取代的组成化合物的熵。
在第一篇文章中，“高熵铁弹性稀土钽石陶瓷:(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2道)4，作者将标题中给出的稀土钽化合物与YTaO等单一稀土钽进行了比较4和CeTaO4，均为单斜ABO4结构。五种稀土钽石中有四种具有相同的空间基团，混合钽石也具有相同的空间基团。然而,Ce3 +比其他四种稀土离子大得多，原子排列略有不同。与Ce3 +被置于“较小”的空间组中，很容易想象结构的扭曲。
第二篇，"用于下一代热障涂层应用的多组分高熵Zr-Y-Yb-Ta-Nb-O氧化物，用ZrO探索了过渡元素和稀土元素的各种浓度2．所得到的材料已经掺杂了ZrO2和ABO血型4结构，从单斜相到单和双四方相。有趣的是,Y3 +和Yb3 +离子大小相近，通常占据A位，而Ta位则小得多，但大小相近5 +和注5 +离子占据B位。
这些结构的无序导致导热系数低于每篇文章中用于比较的YSZ组合物的导热系数。两者的作者都解释说，离子的扭曲结构和不同的质量和体积导致了“声子散射”或热传导的偏转。换句话说，热能通过间接途径比直接途径传递能量要慢。
这种无序也导致了比ysz更高的韧性。作者将这种韧性归因于两个因素。首先，变形结构在压痕试验应力作用下发生铁弹性转变。虽然原子的一般排列在应力事件前后是相似的，但铁弹性转变产生了双胞胎。孪生是原子重新排列，形成原结构的镜像，材料通过这种转变吸收应力能。值得注意的是，YSZ也经历了铁弹性转变。
第二个因素是由于高熵结构的稳定性导致的裂缝偏转。就像声子散射减少热能传输一样，键断裂形成的裂纹不能直接穿过晶粒。相反，裂纹会沿着晶界偏转。
不幸的是，这些作者测试的许多成分的热膨胀比他们用来比较的YSZ材料要低。幸运的是，在完全或有限的温度范围内，一些表现出接近YSZ(和一个甚至超过YSZ)的膨胀行为。
最后，两篇不同的论文在测试的其他特性上产生了分歧。最值得注意的是，稀土钽矿的杨氏模量和硬度比YSZ低。作者建议这些性能值应该使这种材料比YSZ更能承受损伤。
在锆基材料的研究中，对最有前途的成分进行了硅酸盐渗透测试，并显示出比YSZ更好的结果。
总之，这些研究显示了高熵氧化物材料在高温环境涂料中的应用潜力。要将这些材料商业化还需要更多的研究，但幸运的是，研究人员正在积极开展这项研究。只要快速搜索"高熵"就行了槭树期刊你会看到在过去的一年里有37篇关于这个话题的文章发表了!