華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院褚衍輝研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功制備了兼具超強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度和高隔熱性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。同時(shí)，該材料還展現(xiàn)出了2000℃高溫穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果近日刊發(fā)于國(guó)際期刊《先進(jìn)材料》。

隨著飛行速度的不斷提升，新一代高超聲速飛行器對(duì)隔熱材料的力學(xué)強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和耐溫性提出了更嚴(yán)苛的要求。兼具優(yōu)異力學(xué)強(qiáng)度及隔熱屬性的多孔陶瓷材料一直是科學(xué)家的追求目標(biāo)，然而，這兩種屬性在一定程度上是相互制約的。

“如果通過(guò)簡(jiǎn)單降低多孔陶瓷的相對(duì)密度，可顯著提高材料的隔熱性能，但這往往會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)強(qiáng)度大幅下降。同時(shí)，傳統(tǒng)多孔陶瓷材料耐溫性能普遍低于1500℃，高溫服役過(guò)程中常面臨著體積收縮、力學(xué)性能衰減等問(wèn)題�！瘪已茌x介紹。

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高熵多孔硼化物陶瓷材料樣品

研究團(tuán)隊(duì)制備出的這種高熵多孔硼化物陶瓷材料，其優(yōu)異性能源于“三大法寶”，即微觀尺度上構(gòu)筑的超細(xì)孔、納米尺度上強(qiáng)晶間界面結(jié)合，以及原子尺度上嚴(yán)重晶格畸變。

據(jù)介紹，在微米尺度上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)超高溫快速合成技術(shù)在數(shù)十秒內(nèi)完成燒結(jié)，抑制晶粒生長(zhǎng)，進(jìn)而在材料內(nèi)構(gòu)筑均勻分布的亞微米級(jí)超細(xì)孔隙。在納米尺度上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)進(jìn)一步固溶反應(yīng)，建立晶粒之間強(qiáng)界面結(jié)合。在原子尺度上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入9元陽(yáng)離子嚴(yán)重晶格畸變，提高晶格內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)和質(zhì)量場(chǎng)波動(dòng)，提高硼化物的本征力學(xué)強(qiáng)度。

在力學(xué)性能測(cè)試中，該高熵多孔陶瓷材料展現(xiàn)出了出色的高溫壓縮強(qiáng)度、優(yōu)異的高溫隔熱性能和熱穩(wěn)定性，在航空航天、能源化工領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。