高熵效应增强原子位移调控有序RE3MO7陶瓷的热/氧离子传输性能

本研究针对有序RE3MO7陶瓷在热障涂层和固体氧化物燃料电池应用中热/氧离子传导性能的调控难题，通过高熵工程策略设计合成(Sm1/5Eu1/5Gd1/5Dy1/5Ho1/5)3Ta1/2Nb1/2O7陶瓷。结果表明：高熵效应增强原子位移参数（ADPs），使氧离子电导率提升10倍，声子散射率增加导致热导率下降，同时材料展现11.8 GPa硬度、2.0 MPa·m1/2韧性和215.0 GPa模量，为多功能陶瓷材料设计提供新思路。

　　

高熵工程近日成为调控陶瓷材料性能的新兴手段。研究发现通过增强原子位移可有效优化高熵陶瓷（HECs）的热导率与氧离子传导性能。尽管RE₃MO₇（RE为稀土元素，M为Ta或Nb）陶瓷已在热障涂层与固体氧化物燃料电池领域获得广泛应用，但其性能调控仍存在提升空间。本研究成功设计并合成出(Sm_1/5Eu_1/5Gd_1/5Dy_1/5Ho_1/5)₃Ta_1/2Nb_1/2O₇高熵陶瓷，其表现出较传统有序RE₃MO₇陶瓷更低的热导率和高达10倍的氧离子电导率提升。表征结果证实，高熵效应显著增强原子位移参数（ADPs），进而强化晶格非简谐振动，促进声子散射并降低热传导，同时大幅提升氧离子迁移效率。ADPs可作为晶格振动强度的指标，直接影响材料的热膨胀系数与离子传输行为。纳米压痕测试显示该材料具备优异力学性能：硬度达11.8 GPa，断裂韧性为2.0 MPa·m^1/2，弹性模量为215.0 GPa，表明其兼具结构与功能应用潜力。本研究揭示了通过调控热/氧离子传输机制拓展高熵陶瓷应用场景的新路径。