蘭州化物所高熵陶瓷電磁波調控研究獲進展

　　與以焓調控為主導的傳統材料不同，高熵陶瓷材料創新性地采用以熵調控為主導的設計思路，多組分近乎無限的排列和組合，顯示出獨特的力學、電學、磁學和物理化學性能，在熱防護、儲能、電磁波吸收和催化等領域具有潛力。然而，高熵陶瓷在電磁波調控方向的研究鮮有報道。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室低碳能源材料課題組多年來致力于高熵陶瓷的設計制備和電磁波調控研究。研究人員通過簡便、低成本的固相合成反應，制備出尖晶石型高熵氧化物紅外輻射材料，多主元設計產生的軌道雜化有效增強了電子躍遷幾率，顯著提高了0.78-2.5μm和2.5-16μm波段的紅外發射率，且高熵效應賦予材料長效的熱穩定性能。

　　基于前期高熵尖晶石氧化物紅外輻射性能的研究基礎，近日，研究人員開展了高熵尖晶石氧化物光吸收機制研究。為實現太陽光全波段光吸收特性，研究人員通過選用電子分布互補的過渡金屬元素對材料的能帶結構進行理論設計，采用溶膠-凝膠燃燒法成功制備出具有面心立方結構單相結構的高熵尖晶石氧化物。與二元尖晶石氧化物相比，高熵氧化物由于獨特的高熵效應、晶格畸變效應和雞尾酒效應，使得軌道能級發生分裂、費米能級附近電子密度增加以及金屬與氧強雜化作用，將尖晶石氧化物的帶隙從2.65 eV大幅度降至0 eV，實現了準金屬特性，促進了電子從價帶向導帶躍遷，從而實現全波段太陽光吸收特性。

　　太陽能波段吸收譜圖和光熱轉換性能評估表明，隨著過渡金屬元素增多，材料的光熱轉換性能增強。高熵尖晶石氧化物在太陽能全光譜波段展現出95.5%的太陽光吸收率；在1 kW·m-2模擬太陽光輻照下，材料表面溫度在120s內可從室溫升高至63.2℃，表明其具有優異的太陽能吸收和光熱轉換特性。研究人員將高熵尖晶石氧化物作為光熱轉換材料用于太陽能驅動海水淡化，材料的水蒸發速率和蒸發效率分別為2.075 kg·m-2·h-1和96.53%。鑒于優異的光熱性能和結構穩定性，這種高熵尖晶石材料不僅可應用于太陽能海水淡化，還有望應用于光熱殺菌、光熱催化等領域。

　　相關成果發表在Matter上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項（A類）、中國科學院潔凈能源創新研究院-榆林學院聯合基金和蘭州化物所“十四五”規劃重大突破項目的支持。