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。

1.4.良好的抗氧化能力：
非氧化物高熵陶瓷，相比于其原始成分而言具有良好的抗氧化能力，如Zhou
等人[6]在1950℃下制备了（Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2）C 碳化物高熵陶瓷粉体，
并将其与原始成分构成的混合粉末做抗氧化性比较，对于原始混合粉末，氧化在
大约96.45℃时开始发生，随着温度升高超过450℃，氧化速度增加，使得其重量
显著增加并达到最大值，此时温度约781.45℃。

相比之下，高熵陶瓷粉末在约403.04℃开始发生氧化，重量在超过600℃时显著增加，并在约808.04℃达到最
大值。

这些差异表明，制备的高熵陶瓷粉末的抗氧化性优于其原始成分。

2.高熵陶瓷的应用
碳化物和硼化物高熵陶瓷具有的高熔点，高硬度，低热导率等特性，可在航
空航天等极端条件下应用于保温隔热领域，也可将其制成高熵陶瓷涂层，提高器
件的抗磨损性能。

氧化物和氮化物高熵陶瓷由于其出色的锂离子存储能力和电容保持能力，可应用于电极材料和超级电容器。

另外，高熵陶瓷还可作为部分化学反应的催化剂，因此高熵陶瓷的应用十分广泛。

3.总结与展望
高熵陶瓷性能优异，在结构材料和功能材料方面都有很好的应用前景，随着其计算模型和相关理论的不断完善和高熵陶瓷组元设计的不断优化，高熵陶瓷的许多性能将不断提升，相信在不久的将来，高熵陶瓷将发挥更大的应用价值。

参考文献
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