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突破性进展！科学家通过去除氧原子创造出七种卓越的新型陶瓷材料

2025-12-05 10:17:55 来源：资源循环研究院

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简介：研究团队在管式炉中精确降低合成过程中的氧含量，使铁和锰得以在原本难以稳定的条件下，以2价状态进入高熵氧化物晶格中，从而得到七种此前无法获得的陶瓷组合物。这些高熵氧化物由五种或以上金属元素构成，在储能器件、电子元件和防护涂层等领域具有潜在应用价值。

研究团队在管式炉中精确降低合成过程中的氧含量，使铁和锰得以在原本难以稳定的条件下，以2价状态进入高熵氧化物晶格中，从而得到七种此前无法获得的陶瓷组合物。这些高熵氧化物由五种或以上金属元素构成，在储能器件、电子元件和防护涂层等领域具有潜在应用价值。

研究负责人首先在一套包含镁、钴、镍、锰和铁的材料体系(代号J52)中验证了减氧策略的可行性，成功稳定了含锰和含铁的高熵氧化物结构。随后，他借助新开发的机器学习筛选工具，在极短时间内从大量元素组合中筛出另外六种有望形成稳定高熵氧化物的金属配比方案。

在团队协助下，研究人员完成了全部七种新材料的块体陶瓷制备，包括粉体处理、压制成型和后续表征工作。这项工作的关键在于利用热力学原理“驯服”锰和铁的价态，使其维持在仅与两个氧原子配位的2价状态，对应岩盐型晶体结构。 在常规氧分压条件下，锰和铁倾向于继续与氧结合、发生价态提升，从而破坏目标相;通过降低炉内氧含量，研究人员人为限制了氧的参与，使材料能够形成并保持在稳定的岩盐结构。

为确认新材料中锰和铁处于预期氧化态，团队利用先进的X射线吸收技术分析了原子对X射线的吸收特征，验证了元素的价态与结构稳定性。下一阶段，研究人员计划系统测试这七种材料的磁性表现，并尝试将当前的控氧热力学框架扩展应用到其他同样被认为难以合成的陶瓷与复杂氧化物体系。这给高熵氧化物研究提供了一个可复制的设计思路。