Shuqi Wang及其团队的研究文章发表于《Ceramics International》期刊，具体期刊信息是Ceramics International 50 (2024) 18806–18813。主要作者包括Shuqi Wang、Zhiyun Ye、Haipeng Zhang、Yaming Wang等，他们隶属于哈尔滨工业大学的先进陶瓷研究所和相关技术实验室，同时也有部分作者来自香港科技大学的机械与航空航天工程系。

科学背景

这项研究涉及高熵陶瓷涂层在高温红外辐射中的应用及其热导率特性。由于现有的红外辐射陶瓷材料难以同时满足高辐射性和低热导率的要求，该研究旨在通过高熵策略来提升陶瓷材料的高温下红外辐射性能，同时降低其热导率，为工业和航空航天应用提供更好的解决方案。

近年来，随着对高性能陶瓷材料需求的增长，科学家们采用了包括掺杂和新型结构设计在内的方法来改善材料特性。然而，传统方法常受限于材料的晶格结构或代价高的制备过程。因此，本研究以提高现有材料的极限工作性能为目标，通过引入高熵兵（HE，High-Entropy）策略，提供了一种新的解决路径。

研究流程与实验方法

该研究的实验设计包括几个关键步骤。首先，通过溶胶-凝胶法制备(Y0.4Yb0.4Tm0.1Lu0.05Ho0.05)2Si2O7陶瓷粉末，这是高熵策略的核心部分，由多种稀土元素共同组成，以实现多模式振动，提高中红外范围的辐射率。样品合成后，使用赫尔比等离子喷涂技术将其喷涂到镍基超合金表面，形成高温保护涂层。

其次，在制备的过程中，研究者们使用了喷雾干燥技术来制作合适的涂层前驱体，以便在等离子喷涂时保持良好的粘结性和结构稳定性。喷雾干燥步骤中使用的材料如苯甲酸和聚乙烯醇则作为分散剂和粘结剂，确保材料颗粒的均匀分布。这部分对喷雾干燥参数的精准控制确保了最终的涂层材料在整个制备过程中保持其化学计量比。

高熵陶瓷涂层的关键特性测试包括使用X射线衍射仪（XRD）来确认材料的相组成，并使用扫描电子显微镜（SEM）观察其显微结构。此外，还进行了纳米压痕硬度测试和高温红外发射率测量，以评估材料在不同温度下的机械性能和红外辐射能力。研究团队自制的高温发射率测试系统被用于实际测量涂层在各种关键温度条件下的性能。

研究结果

该研究的主要发现包括在1-14 μm波长范围内的高发射率（室温下超过0.9，1200°C时保持在0.68之上）。此外，涂层材料显示出极低的热导率（在1000°C时小于0.88 W m−1 K−1），这是通过材料内的晶格畸变和氧空位等因素的协同作用实现的。这些性能的提升使得该材料能够在极端环境下提供有效的热保护。

SEM和EDS分析显示，在制备和结构设计中鼓励的微观孔隙和层状结构，有效地促进了声子散射，降低了热传导。此外，高熵材料的多元素特性使得材料适应频谱宽波段内的高效辐射。

结论与研究价值

通过高熵工程策略，研究团队制备了具有高红外发射特性和低热导率的陶瓷涂层，并在极端高温情况下具有优异的机械性能和结合强度。研究数据表明，该材料在应对航空航天应用中的热辐射防护方面展示了强大的竞争力。研究结论为未来高性能陶瓷材料的设计与应用提供了重要参考，尤其是为极端高温环境下的热保护系统提供了新的解决方案。

研究亮点

本项研究的一大亮点在于成功应用高熵策略优化陶瓷材料，使其在高温下仍具备出色的辐射和保温性能。同时，制备过程涉及的多种稀土元素协同作用和材料的微观结构设计，也为进一步研究和开发新材料提供了宝贵的经验。

此项研究不仅增强了我们对高温陶瓷涂层材料的理解，也为开发新型热防护材料开创了新的方向。进一步的研发工作可以基于这个框架，探究在不同应用场合中优化这些材料的性能。