高熵

在一個熱力學系統中，熵是系統混亂程度的量度，體系混亂程度越高，熵越大。

系統因其內部構型的無序所產生的熵叫作構型熵。材料的組成成分越多，各組分所占的摩爾數越接近，材料的構型熵越大。根據材料構型熵的大小可將材料分為低熵、中熵和高熵材料。

高熵陶瓷

高熵陶瓷一般是指由五種或五種以上金屬元素和一種非金屬元素組成的具有簡單晶體結構(如體心立方BCC、面心立方FCC和密排六方HCP)的新型陶瓷材料。

按照化學成分分類，可以分為氧化物高熵陶瓷和非氧化物高熵陶瓷。氧化物高熵陶瓷可以按照晶體結構進行分類，如巖鹽型結構、螢石型結構、鈣鈦礦型結構、尖晶石型結構高熵陶瓷等。非氧化物高熵陶瓷按照成分分類，包括碳化物、硼化物、氮化物和硅化物高熵陶瓷等。

高熵氧化物陶瓷

高熵氧化物是目前高熵陶瓷體系中研究最多的一種，因其對制備過程中的環境要求低，所以其主要的制備方法以高溫焙燒法和前驅體熱解法為主。

巖鹽型高熵氧化物

巖鹽型高熵氧化物體系主要是以（Co，Cu，Mg，Ni，Zn）O為代表以及在其基礎上通過其他元素摻雜（如 Li、Ga、K、F 等）改性得到的改性（Co，Cu，Mg，Ni，Zn）O。在眾多高熵陶瓷體系中，巖鹽型體系發現的最早，合成過程簡單，易于形成。

巖鹽型高熵氧化物結構均勻分散，有較好的熱穩定性和化學穩定性，被應用在催化領域。

螢石型高熵氧化物

螢石型高熵氧化物(Ce，Gd，La，Nd，Pr，Sm，Y)O，(Ce，La，Nd，Sm，Y)O，(Ce，La，Pr，Sm，Y)O以及(Gd，La，Nd，Pr，Sm，Y)O。高熵螢石型氧化物自身具有一定的催化性能，負載Pd后具有更高的CO氧化催化活性。

其他高熵氧化物

高熵鋯酸鹽(La_0.2Ce_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2)₂Zr₂O₇，高熵磷酸鹽(La_0.2Ce_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2)PO₄、焦磷酸鹽(Ti，Zr，Hf)P₂O₇，高熵硅酸鹽(Yb_0.25Y_0.25Lu_0.25Er_0.25)₂SiO₅、(Y_1/4Ho_1/4Er_1/4Yb_1/4)₂SiO₅和(Yb_0.2Y_0.2Lu_0.2Sc_0.2Gd_0.2)₂Si₂O₇，高熵鋯鉿酸鹽(Y_0.25Yb_0.25E_r0.25Lu_0.25)₂(Zr_0.5Hf_0.5)₂O₇，以及高熵硅鋁酸鹽(Mo_0.25Nb_0.25Ta_0.25V_0.25)(Al_0.5Si_0.5)₂等。

高熵氧化物相比于典型熱障涂層材料，具備更低的熱導率以及和基體匹配的熱膨脹系數。相比于其構成組元高熵氧化物展現出更低的晶粒生長速度，這類高熵氧化物可用于高溫熱/環境障涂層材料。

高熵非氧化物陶瓷

在高熵非氧化物中較為常見的是高熵碳化物和高熵二硼化物，除此之外還有高熵硅化物、高熵氮化物、高熵氟化物等。

高熵碳化物

目前高熵碳化物組成元素多為ⅣB、ⅤB以及ⅥB元素如 Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W等，其晶體結構多為巖鹽型結構，其晶體結構示意圖如下圖。

高熵碳化物的制備方法以放電等離子燒結和真空熱壓燒結為主，具有較高的硬度和彈性模量，其硬度和彈性模量均高于理論值。高熵碳化物也具有相對較低的熱導率。

高熵硼化物

目前對高熵二硼化物的研究主要集中在ⅣB、ⅤB以及ⅥB的元素上，如 Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo和Cr，所形成的高熵硼化物基本為層狀六方晶體結構，包含交替的二維硼網和二維金屬陽離子層，其晶體結構示意圖如下圖。

高熵二硼化物通常具有更高的硬度以及更好的抗氧化性能。

高熵二硼化物的制備方法主要以放電等離子燒結為主，少數通過物理氣相沉積法和簡單的硼熱還原制得。

其他非氧化物高熵陶瓷

除了較為常見的高熵碳化物和高熵二硼化物以外，還有許多非氧化物高熵陶瓷如高熵氮化物、高熵硅化物等。高熵硅化物的制備中氧雜質是無法避免。

參考文獻：

1.無序的新境界-高熵陶瓷-張國軍

2.高熵陶瓷材料研究進展-顧俊峰

3.高熵陶瓷研究進展-徐亮

4.高熵硅化物陶瓷的制備及性能研究-秦淵