高熵纳米带为恶劣环境提供了经济高效的解决方案

SMU领导的一个研究小组开发了一种更具成本效益、更节能的材料，称为高熵氧化物（HEO）纳米带，它可以比目前的材料更好地抵抗高温、腐蚀和其他恶劣条件。

这些HEO纳米带——发表在《科学》杂志上——在航空航天、能源和电子等领域特别有用，因为这些领域的材料需要在极端条件下表现良好。

与过去创造的高熵材料不同，SMU的Amin Salehi Khojin和他的团队开发的纳米带可以在室温下进行3D打印或喷涂，用于制造组件或涂层表面。这使得它们比传统的高熵材料更节能、更具成本效益，传统的高熵值材料通常以块状结构存在，需要高温铸造。

纳米带是一种极薄、狭窄的材料，通常只有几纳米（十亿分之一米）厚，宽度从几十纳米到几百纳米不等。

HEO纳米带属于一种特殊类型的带状带，称为高熵材料或合金，其原子结构中具有高度的无序性。

把它想象成做水果沙拉。与其主要依赖葡萄搭配少量香蕉或苹果，不如使用等量的苹果、香蕉、葡萄、橙子和浆果，从而制作出更加多样化和均衡的水果沙拉。

高熵材料遵循相同的原理。

“大多数材料主要由一两种元素组成，但高熵材料以大致相等的比例结合了五种或多种元素，”Salehi Khojin解释道。“这种均匀的分布导致了高度无序的原子结构——科学家们称之为‘高熵’——这可以提高材料的强度、耐热性和承受应力或腐蚀的能力。”

Salehi Khojin在伊利诺伊大学芝加哥分校、斯德哥尔摩大学和华盛顿大学的研究人员的帮助下，首次研究了如何制造这些低维高熵材料，以实现成本效益和节能的制造。

科学研究合著者Ilias Papailias是SMU Lyle机械工程系的研究助理教授，他说，开发了一种新的合成方法来精确控制高熵材料的形态。Papailias说：“首先，使用硫元素将样品蚀刻成二维（2D）结构，然后进行氧化处理，将2D结构转化为一维（1D）。”。Papailias补充道：“这项技术对这种方法生产的纳米带的宽度和尺寸提供了超过两个数量级的控制。”。“人们发现，在氧化过程中，1D带会发生成核，最终在长时间氧化后转化为完整的1D系统，这一点得到了广泛的原位实验的证实。”

科学研究表明，Salehi Khojin创造的纳米带——称为1D-HEO——在极高的温度下（高达1000°C）保持了其结构。在高压（高达12千兆帕）和长时间暴露于恶劣的酸碱化学环境（pH=2.3和13，持续7天）下，情况也是如此。

虽然这种材料在实际使用之前需要更多的测试，但Salehi Khojin表示，1D-HEO的硬度和弹性将使其成为需要耐热性、耐压性和高机械载荷下耐久性的应用的理想候选者。

“这种新方法可以通过引入新的熵结构来彻底改变材料科学领域，”Salehi Khojin说，他在UIC开始研究这些纳米带。