导语
航空发动机隐身技术刚刚迎来重大突破！华南理工大学褚衍辉研究员团队在材料科学顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子27.4）上发表里程碑研究成果。该研究通过激光驱动可控合成技术，在毫秒级时间内实现3500°C超高温反应，成功制备出包含20种阳离子的高熵稀土氧化物，其有效吸收带宽从0.01 GHz暴涨至5.26 GHz，性能提升500倍！这项技术解决了长期困扰学界的元素挥发与相分离难题，为新一代航空发动机隐身-热防护一体化涂层提供了革命性解决方案。
🔍 研究亮点
毫秒级超快合成：激光驱动实现3500°C超高温，反应时间缩短至毫秒级，效率提升万倍
创纪录组分复杂度：成功合成20元高熵稀土硅酸盐，突破传统合成极限
性能跨越式提升：有效吸收带宽5.26 GHz，较传统材料提升500倍
机理深度揭示：激光诱导氧空位与局部化学有序协同增强电磁损耗
📊 图文解析
图1 多晶型结构与成分表征
研究成功合成了包括δ、F、G型在内的全部七种晶型高熵稀土硅酸盐。XRD图谱与Rietveld精修证实所有目标相均为纯相，无杂相峰。HAADF-STEM原子分辨率图像清晰显示β、γ、δ和G型结构的特征晶面间距，与晶体学标准卡片完美吻合。元素面分布图证明所有稀土元素在纳米尺度上均匀分布，突破了离子半径差异带来的相分离限制。
图2 合成机理与动态过程
温度-时间曲线显示激光在毫秒级内将反应物加热至约3500°C，并以1.5×10^4 °C/s速率完成淬冷。高速摄像捕捉到的空化气泡演化过程揭示了其作为微型高压反应腔的关键作用，将低沸点组分质量损失率降至0.004%。吸收光谱与电子顺磁共振证实材料对激光光子的强烈吸收及高浓度氧空位形成。
图3 成分多样性实现
以高熵稀土铪酸盐和硅酸盐为例，XRD图谱和EDS元素面分布证明LDCS成功合成了A位包含15种稀土元素、B位包含5种过渡金属元素的单相20元高熵材料。所有元素呈纳米级均匀分布，标志着高熵氧化物成分空间的重大拓展。
图4 电磁波吸收机理
G型结构表现出最优异的吸波性能。通过对比LDCS与传统方法合成的单组元Yb₂Si₂O₇，分离了氧空位和局部化学有序的贡献。Williamson-Hall分析显示G型结构具有更高晶格应变，HAADF-STEM图像直接观测到原子柱内不同元素的周期性富集与耗尽，为局部化学有序存在提供了直观证据。
图5 性能评估与普适性验证
20元G型HERED的有效吸收带宽达到5.26 GHz的创纪录水平。Cole-Cole图谱中呈现的多个Debye弛豫半圆，反映了由强局部化学有序引起的多重极化弛豫过程。该技术在单硅酸盐、铪酸盐、锆酸盐、钽酸盐、铌酸盐和铝酸盐等一系列高熵稀土氧化物体系中均成功应用，展现出卓越的普适性。
⚙️ 技术支撑
激光驱动合成系统：集成高能量密度激光与精确控制，实现毫秒级3500°C超高温反应
多尺度表征平台：结合XRD、HAADF-STEM、EPR等先进表征手段，全面解析材料结构
原位监测技术：采用高速摄像与光谱分析，实时追踪合成过程与反应机理
性能测试体系：通过矢量网络分析仪等设备，准确评估材料电磁功能特性
💎 总结与展望
本研究开发的激光驱动可控合成技术，突破了传统高熵材料合成的成分与结构限制，成功实现了20元高熵稀土氧化物的可控制备。其卓越的电磁波吸收性能源于激光诱导氧空位与局部化学有序的协同效应，为航空发动机热端部件的隐身-热防护一体化涂层提供了全新的材料解决方案。随着该技术在更多材料体系中的推广应用，有望在航空航天、国防装备、高温电子等领域发挥重要作用，推动中国在高熵材料领域实现跨越式发展。
文献信息
A Universal Laser‐Driven Controllable Synthesis Methodology Enabling Electromagnetic Absorption in High‐Entropy Rare‐arth Oxides.
Peng Wei; Yiwen Liu; Hao Bai; Lei Zhuang; Hulei Yu; Zibin Chen; Yanhui Chu.
Advanced Materials, 2025.
ISSN: 0935-9648, 1521-4095
DOI: 10.1002/adma.202520122
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