高熵钙钛矿（Y0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Er0.2）AlO3的晶体结构与热膨胀行为

《Scientific Reports》：Crystal structure and thermal expansion behaviour of high-entropy perovskite (Y0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Er0.2)AlO3

　　

摘要

通过溶胶-凝胶柠檬酸法与溶液燃烧技术，首次得到了两组成分均为(Y_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Er_0.2)AlO₃的单相五组分铝酸盐钙钛矿。在1000℃的空气中对合成产物进行热处理后，分别得到了平均晶粒尺寸为38纳米和76纳米的单相钙钛矿材料。这些材料在1100℃下再退火4小时后仍保持稳定；然而，在1200℃下进一步热处理会导致这两种材料部分分解，并生成石榴石相，且随着退火温度升高至1500℃，石榴石相的相对比例逐渐增加。基于实验获得的X射线粉末衍射数据，通过全谱Rietveld精修方法，首次得到了这种高熵钙钛矿(Y_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Er_0.2)AlO₃的完整结构参数。利用原位温度依赖性X射线粉末衍射技术，研究了该钙钛矿结构在室温到773开尔文范围内的变化情况，发现这种高熵钙钛矿具有强烈的各向异性热膨胀特性，沿[010]方向的相对伸长率约为[100]和[001]方向的1/2左右。通过对五组分高熵钙钛矿(Y_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Er_0.2)AlO₃与单种稀土元素化合物REAlO₃的参考数据进行的全面晶体化学分析表明，其晶体结构遵循早先为稀土铝酸盐系列建立的经验关系，这说明高熵钙钛矿材料的结构主要受几何因素调控。