近年來，高熵材料因其獨特的多元組分和高結(jié)構(gòu)無序性，在高溫、高壓、強腐蝕等極端條件下的出色表現(xiàn)，吸引了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。然而，如何創(chuàng)造出具有明確低維結(jié)構(gòu)、保持單相穩(wěn)定且具備卓越機械性能的高熵氧化物，一直是科研人員面臨的難題。
華南理工大學(xué)的前沿軟物質(zhì)學(xué)院和電子顯微中心傳來好消息，黃哲昊教授攜手伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的Russell J. Hemley教授和Amin Salehi-Khojin教授，成功研制出了一種具有納米帶形貌的一維高熵氧化物（1D-HEO）。這種材料不僅在極端環(huán)境下保持穩(wěn)定，還擁有遠超常規(guī)材料的優(yōu)異力學(xué)性能。
這項研究耗時近五年，期間涉及多個學(xué)科的交叉與融合，挑戰(zhàn)重重。其中，最棘手的難題在于如何準(zhǔn)確解析這種成分復(fù)雜且形貌獨特的一維高熵氧化物的晶體結(jié)構(gòu)。研究團隊為此引入了三維電子衍射技術(shù)，它在納米晶體結(jié)構(gòu)解析中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
通過三維電子衍射技術(shù)，研究團隊不僅成功解析了單根納米帶的精確晶體結(jié)構(gòu)，還深入揭示了其擇優(yōu)取向、生長面構(gòu)型以及氧空位分布等關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)特征。研究還闡明了這種材料在不同溫度下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性，為理解其超高穩(wěn)定性和相變機理提供了堅實的理論基礎(chǔ)。
這項研究成果在結(jié)構(gòu)設(shè)計層面實現(xiàn)了低維高熵材料的精準(zhǔn)合成，并借助三維電子衍射技術(shù)系統(tǒng)揭示了其微觀結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性機制。這不僅為高性能材料在極端環(huán)境下的應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)，還推動了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。
這種新型一維高熵氧化物材料有望在未來航天防護、腐蝕環(huán)境器件以及高強韌功能膜層等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，它可以延長航天器部件的服役壽命，提高安全性，還能保障電子器件在超高溫高壓環(huán)境下持續(xù)穩(wěn)定運行。
