《Science》：SMU研究人員開發(fā)出3D打印新材料：耐熱、耐腐蝕的高熵氧化物納米帶

2025年9月3日，南極熊獲悉，來自南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué) (SMU) 的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種更具成本效益和節(jié)能的材料，稱為高熵氧化物 (HEO) 納米帶，它比現(xiàn)有材料更能抵抗高溫、腐蝕和其他惡劣條件。

這項(xiàng)研究以題為“Resiliency, morphology, and entropic transformations in high-entropy oxide nanoribbons”的論文發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。這種被稱為HEO 納米帶的材料在航空航天、能源和電子等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，因?yàn)檫@些領(lǐng)域的材料需要在極端條件下保持良好的性能。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr5604

與過去研發(fā)的高熵材料不同，南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)的 Amin Salehi-Khojin 及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的納米帶可以在室溫下進(jìn)行 3D 打印或噴涂，用于制造組件或涂層表面。這使得它們比傳統(tǒng)的高熵材料更節(jié)能、更具成本效益，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的高熵材料通常以塊體結(jié)構(gòu)存在，需要高溫鑄造。

“這些納米帶在極端條件下表現(xiàn)出出色的彈性和非凡的機(jī)械性能，”SMU機(jī)械工程系 WilliamT. Solomon 主任兼 SMU 萊爾工程學(xué)院亨特工程與人文研究所臨時(shí)執(zhí)行主任 Salehi-Khojin 表示。

HEO納米帶

納米帶是極其薄而狹窄的材料，通常只有幾納米（十億分之一米）厚，寬度為幾十到幾百納米。HEO納米帶屬于一種特殊類型的帶狀條帶，稱為高熵材料或合金，原子結(jié)構(gòu)具有高度無序性。

薩利希-霍金說道：“大多數(shù)材料主要由一兩種元素構(gòu)成，但高熵材料則由五種或五種以上元素以大致相等的比例組合而成。這種均勻分布會(huì)產(chǎn)生高度無序的原子結(jié)構(gòu)——科學(xué)家稱之為‘高熵’——這可以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度、耐熱性以及承受壓力或腐蝕的能力?！?/div>

未來的材料

在伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校、斯德哥爾摩大學(xué)和華盛頓大學(xué)研究人員的幫助下，Salehi-Khojin首次研究出了如何制造這些低維高熵材料，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效且節(jié)能的制造。

這項(xiàng)研究的合著者、南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)萊爾分校機(jī)械工程系研究助理教授伊利亞斯·帕帕利亞斯(Ilias Papailias) 表示，他們開發(fā)了一種新的合成方法，可以精確控制高熵材料的形貌?！笆紫龋褂昧蛟貙悠肺g刻成二維 (2D) 結(jié)構(gòu)，然后通過氧化過程將二維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一維 (1D)，”帕帕利亞斯說道?！斑@項(xiàng)技術(shù)可以對由此方法制備的納米帶的寬度和尺寸進(jìn)行超過兩個(gè)數(shù)量級(jí)的控制。研究發(fā)現(xiàn)，在氧化過程中，一維納米帶會(huì)成核，最終在延長氧化時(shí)間后轉(zhuǎn)化為完整的一維體系，這已得到大量原位實(shí)驗(yàn)的證實(shí)?！?/div>

研究表明，Salehi-Khojin 制備的納米帶（稱為 1D-HEO）在極高的溫度下仍能保持結(jié)構(gòu)。在高壓（高達(dá) 12 千兆帕）和長時(shí)間暴露于惡劣的酸堿化學(xué)環(huán)境（pH 值分別為 2.3 和 13，持續(xù) 7 天）下，情況也同樣如此。

雖然這種材料在實(shí)際應(yīng)用之前還需要進(jìn)行更多測試，但 Salehi-Khojin 表示，1D-HEO 的硬度和回彈性使其成為需要耐熱、耐壓和高機(jī)械負(fù)荷下耐久性應(yīng)用的理想選擇?！斑@種新方法可以通過引入新的熵結(jié)構(gòu)，徹底改變材料科學(xué)領(lǐng)域，”在 UIC 開始研究這些納米帶的Salehi-Khojin 說道。