近年来，中国科学院金属研究所（以下简称金属所）沈阳材料科学国家研究中心研究团队利用高通量理论模拟结合实验验证，研究了多主元（高熵）稀土双硅酸盐的相形成及演变机理，建立通过构型熵描述符和多元稀土等效离子半径等来预判和控制相结构的普适方法。日前，相关研究成果于发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。
《中国科学报》从金属所获悉，该研究团队来自沈阳材料科学国家研究中心陶瓷及复合材料研究部，长期致力于航空发动机多功能热/环境障涂层的精准设计与先进制造技术研究。环境障涂层是新型大推力、高推重比航空发动机的关键高温防护涂层，能够抵挡高温燃气及环境腐蚀介质的侵蚀，为碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料热端部件提供有效防护。
研究团队制备了20余种四元稀土双硅酸盐验证块体材料，借助X射线衍射结构精修和高分辨高角度环形暗场成像等结构表征技术，发现材料的相结构演化规律与多元稀土半径的平均值和均方差密切相关。
这项研究工作改进了以往研究中普遍采用的“随机结构建模”研究范式，成功指导合成出多种 (nREx)2Si2O7新型高熵涂层材料，为稀土硅酸盐类环境障涂层材料的多稀土元素精准设计和多功能复合的目标提供了重要的指导和支撑。
据介绍，稀土双硅酸盐是目前最先进的环境障涂层体系，基于稀土主元高熵设计的科学思路，利用不同稀土元素在力、热、腐蚀、电磁等性能方面的特性差异，通过合理搭配多元稀土组合，有望发展出承温能力更高、耐燃气环境腐蚀更优、多种功能复合的下一代环境障涂层。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36947-6
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