综述：高熵氮化物的制备方法、性能及应用研究

这篇综述系统梳理了高熵氮化物（HENs）的制备技术（固/液/气相法）、性能优势（硬度>40 GPa、900°C氧化层<100 nm）及跨领域应用（光催化/抗辐射/生物植入）。通过对比传统二元氮化物（如TiN）与多组分协同效应，揭示了熵增稳定机制（ΔSconfig ≥1.61R）和工业应用瓶颈（如体相合成能效低），为极端环境材料设计提供理论-实践桥梁。

　　

Abstract
高熵氮化物（HENs）作为多组分陶瓷材料，在极端环境应用中展现出革命性潜力。其核心优势源于高构型熵（ΔS_config
≥1.61R）驱动的固溶体稳定机制，例如磁控溅射制备的(MoSiTiVZr)N_x
涂层硬度达45.6 GPa，900°C氧化厚度<100 nm，显著优于传统TiN。

Introduction
从高熵合金（HEAs）到高熵陶瓷（HECs）的范式迁移中，HENs因独特的晶格畸变和缓慢扩散动力学脱颖而出。例如(CoCrNi)₈₈
Mo₁₂
中熵合金在113K下通过摩擦诱导非晶化实现磨损降低73%，而HENs更将性能边界推向硬度>40 GPa、耐温>900°C的领域。

Principles
热力学基础遵循玻尔兹曼方程：ΔS_config
=-R∑x_i
lnx_i
。当ΔS_config
≥1.61R时，系统呈现高熵特性，通过"鸡尾酒效应"实现性能突破。

Structure and composition
HENs主要呈现岩盐型结构（如面心立方、六方密堆），其中(MoSiTiVZr)N_x
等体系通过5种主元协同作用，在保持单相稳定性的同时实现硬度与韧性的平衡。

Preparation methods

• 固相法（如CS-SPS）面临氧化和能耗问题
• 液相法（电纺丝）组分灵活但规模化困难
• 气相法（HIPIMS）凭借精确化学计量控制成为工业涂层首选

Performance and Applications
在生物医学领域，HENs的惰性表面和抗腐蚀性使其成为骨科植入物候选材料；光催化方面，(TiNbTaZrW)N_x
在CO₂
还原中表现出优于TiO₂
的量子效率。

Conclusions and outlook
未来需聚焦：1) 原子尺度多组分相互作用机理；2) CALPHAD与DFT计算辅助成分设计；3) 低能耗体相合成工艺开发。华北理工大学的资助项目（24461002D）正推动相关研究向工业化迈进。