HfNbTaTiZr高熵合金薄膜的微结构演化与缺陷调控：从非晶态到纳米晶相的跨温度域研究

【编辑推荐】本研究通过直流磁控溅射（DC magnetron sputtering）在MgO（100）基底上制备HfNbTaTiZr高熵合金（HEA）薄膜，系统揭示了沉积温度（Td）对非晶-单相bcc纳米晶-多相分离（hcp/bcc）的调控规律，结合XRD/AFM/VEPALS/XPS多尺度表征，阐明空位簇缺陷（vacancy clusters）与自然氧化行为的关联性，为高熵薄膜在耐蚀涂层与功能材料开发提供理论支撑。

　　

Highlight

单相薄膜的结晶奇迹

沉积温度（T_d）被证实是操控HfNbTaTiZr薄膜结构的"魔法旋钮"：当T_d突破300°C时，非晶态薄膜开始觉醒，自组装成具有bcc（体心立方）结构的纳米晶相；而当温度攀升至500°C，这些晶体甚至会在MgO基底上跳起"定向华尔兹"——形成外延生长的(110)晶面排列。通过可变能量正电子湮没寿命谱（VEPALS）这个"原子级探针"，科学家们捕捉到两种关键缺陷：像孤独旅人般的单空位（vacancy-like defects），以及热闹的空位俱乐部（large vacancy clusters）。有趣的是，随着温度升高，这些缺陷团会逐渐"瘦身"，暗示着薄膜质量的提升。

氧化行为：元素间的防晒竞赛

X射线光电子能谱（XPS）揭开了薄膜在空气中自然氧化的秘密：Hf和Zr像活泼的青少年，氧化深度直达薄膜内部；而Ta和Nb则像涂了防晒霜，仅在表面发生轻微氧化。更妙的是，随着沉积温度升高，所有元素都变得"佛系"——氧化倾向整体降低。这种选择性氧化行为，为设计新型抗氧化涂层提供了元素配比灵感。

结论

这项研究就像一部高熵合金薄膜的"成长纪录片"，从非晶态的混沌到纳米晶的秩序，再到多相分离的复杂，每个温度节点都对应着独特的结构剧本。特别值得注意的是，单相薄膜中缺陷与氧化行为的"温度依赖症"，为未来定制化开发高熵功能材料提供了精准的工艺地图。

CRediT作者贡献声明

Maciej Oskar Liedke负责实验数据分析，Petr Hru?ka执笔初稿并设计研究框架，Andreas Wagner提供关键设备支持，整个团队通过跨国合作（捷克-德国-斯洛文尼亚）共同完成了这项高熵合金薄膜的里程碑式研究。

AI使用声明

作者们坦率承认：在润色文本时曾请ChatGPT-4.0担任"语言顾问"，但所有科学结论均经过人工严格把关。

利益冲突声明

研究团队郑重声明：本成果不受任何商业利益或人际关系干扰，是纯粹的科学探索。

致谢

感谢北约SPS MYP G6153项目的经费支持，以及德国亥姆霍兹研究中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf）提供的ELBE实验设施。斯洛文尼亚研究机构PR-11484和P2-0084项目组也为本研究提供了重要技术支持。