高熵纳米合金锚定在能够补偿熵的二维氧化物上，以增强纳米磁性

《SCIENCE ADVANCES》：High-entropy nanoalloys anchored on entropy-compensating two-dimensional oxides for enhanced nanomagnetism

通过熵增界面补偿和合金的高熵效应协同作用，有效缓解纳米金属内部应力分布不均问题，抑制表面缺陷与原子配位不饱和，提升锚定高熵合金纳米颗粒的磁性能和电磁吸收效率。该纳米结构实现亚20纳米涡旋磁畴稳定存在，饱和磁化强度提升80%，电磁波吸收效率在300-800K范围内保持优异性能。

　　在纳米金属材料的研究中，一个关键的挑战是表面效应对其性能的负面影响。随着材料尺寸的缩小，表面原子的排列和结构发生变化，导致原子畸变、空位形成以及磁性区域的破坏，这些都会影响材料的磁性和电子传输特性。为了解决这一问题，科学家们提出了多种策略，其中一种是利用高熵合金（HEAs）的特性，结合高熵氧化物纳米片的界面熵补偿效应，以减轻纳米金属的表面效应。这一研究为我们提供了一种全新的方法，能够显著提升纳米金属的磁电性能，使其适用于更广泛的高科技领域。

高熵合金是一种由五种或更多金属元素组成的固溶体材料，其独特的结构特征使其在机械性能和热稳定性方面表现出色。然而，当高熵合金被制备成纳米颗粒时，其表面效应仍然不可避免。为了克服这一限制，研究人员采用了一种创新的方法，即将高熵合金纳米颗粒锚定在二维高熵氧化物（HEO）纳米片上。通过这种结构设计，界面熵补偿与高熵效应协同作用，有效缓解了纳米颗粒内部的应力分布不均问题，同时减少了表面缺陷和不饱和配位的影响，从而提升了材料的磁性和电导性能。

在实验过程中，首先通过自模板法合成二维高熵氧化物纳米片。这种方法能够控制纳米片的厚度，使其达到10纳米的极限，这有助于减少纳米颗粒表面的不稳定性。随后，利用热还原处理在纳米片表面原位生长高熵合金纳米颗粒。这一过程的关键在于纳米片的高熵结构和其对金属离子的吸附能力，使得纳米颗粒能够均匀分布于纳米片表面，同时保持结构的稳定性。研究人员通过多种表征手段，如透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）等，对纳米片的结构和成分进行了详细分析，确认其具有稳定的立方尖晶石氧化物结构，并且金属元素在纳米片中实现了均匀分布。

在进一步的研究中，科学家们发现高熵合金纳米颗粒在二维高熵氧化物纳米片上的锚定不仅提升了其磁性，还显著增强了其在电磁波调制方面的性能。通过纳米级磁域结构的可视化，研究团队观察到锚定的高熵合金纳米颗粒形成了稳定的亚20纳米涡旋磁域，而孤立的高熵合金纳米颗粒则表现出较为混乱的磁结构。这种稳定的磁域结构的形成，主要得益于界面熵补偿和高熵合金内部的应力均匀分布，使得磁矩能够沿着界面方向有序排列，从而减少了磁矩在边缘区域的不均匀性。

此外，研究人员还对材料的电磁响应进行了深入分析。他们发现，锚定的高熵合金纳米颗粒在3.3至6.0 GHz的无线通信频谱范围内表现出优异的电磁吸收能力。与传统的铁磁金属相比，这种材料的饱和磁化强度提升了80%，磁导率提高了135%。这种显著的性能提升不仅归因于其稳定的磁域结构，还与纳米颗粒和纳米片之间的强界面相互作用密切相关。通过分子动力学模拟，研究人员进一步验证了纳米颗粒在界面处的均匀分布，以及金属原子在界面处的扩散行为，从而确保了材料在不同温度下的稳定性和抗氧化能力。

在实际应用方面，这种新型的高熵合金纳米材料展现出广阔的应用前景。由于其在电磁波吸收方面的卓越表现，它被认为是下一代电磁调制设备和磁存储技术的重要候选材料。特别是在5G无线通信技术日益普及的背景下，这种材料能够有效吸收和耗散电磁波，从而降低电磁污染对人类健康和数据传输安全的影响。此外，该材料还具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够在高温环境下保持其磁性和电磁吸收性能，这使得它在柔性电子设备和高温应用中也具有显著优势。

为了进一步验证其性能，研究人员通过网络分析仪对材料的电磁吸收能力进行了系统测试。测试结果表明，锚定的高熵合金纳米颗粒在2至6 GHz的频率范围内表现出优异的电磁吸收特性，其吸收效率超过50%。相比之下，孤立的高熵合金纳米颗粒和传统的铁磁金属材料在这一频段内的吸收效率较低。同时，研究人员还通过测量材料的复数磁导率和介电常数，分析了其在不同频率下的电磁响应行为。结果显示，锚定的高熵合金纳米颗粒在高频率下的磁损耗能力显著增强，这为其在高频电磁波调制中的应用提供了理论支持。

为了更好地理解材料的性能来源，研究人员还对磁性和介电损耗进行了区分。通过计算磁切线值（tanμ）和介电切线值（tan?），他们发现锚定的高熵合金纳米颗粒主要依赖于磁性损耗，而非介电损耗。这种特性表明，材料在吸收电磁波时，能够有效地将能量转化为热能，从而实现高效的电磁波耗散。这一发现为开发新型的电磁屏蔽材料提供了重要参考，同时也揭示了高熵合金在纳米尺度下的独特优势。

此外，研究人员还对材料的热稳定性进行了评估。通过在300至800 K的温度范围内进行原位加热实验，他们发现锚定的高熵合金纳米颗粒在高温下仍能保持其磁性和电磁吸收性能。与传统的铁磁金属材料相比，这种材料在高温下的性能衰减更为缓慢，显示出更强的热稳定性。这一特性对于需要在高温环境下工作的电子设备和磁性材料尤为重要，因为它能够确保材料在极端条件下的长期使用性能。

在实际应用方面，研究人员还探索了这种材料在柔性电磁吸收设备中的潜力。他们通过印刷技术将锚定的高熵合金纳米颗粒制备成具有柔性和可拉伸特性的电磁吸收层，并将其应用于5G智能手机的无线通信模块。实验结果显示，这种新型材料在吸收电磁波方面表现出色，能够有效减少电磁干扰，提高设备的信号质量和数据传输安全性。此外，这种材料的薄层结构也使其在实际应用中具有更高的集成度和更低的制造成本。

综上所述，这项研究提出了一种通过界面熵补偿和高熵效应协同作用来缓解纳米金属表面效应的新策略。该策略不仅提升了纳米金属的磁性和电磁响应能力，还增强了其热稳定性和化学稳定性，使其在各种高科技应用中具有显著优势。随着纳米材料研究的不断深入，这种高熵合金纳米材料有望在未来成为解决电磁污染、提升磁存储性能和开发高性能电磁设备的关键材料。