研究背景

近期，北京理工大学曹茂盛教授团队在Advanced Functional Materials上发表了题为“多相高熵碳球：缺陷工程与多光谱电磁响应”的研究成果。该工作基于“稀土固定 + 高压分散”的闪速焦耳热（FJH）策略，在50毫秒内制备出同时负载碳缺陷与富含氧空位（Ov）的多相高熵颗粒的碳球材料。通过调控稀土含量与物相组成（BCC/FB/FCC），引入多相界面、氧空位和碳缺陷的协同效应，材料实现了6.85 GHz的宽有效吸收带宽（覆盖整个X波段及部分Ku波段），并在“1个太阳”光照下获得0.326 μA/cm²的光电流增量。得益于高熵合金/高熵氧化物的异质界面及迟滞扩散效应，该材料同时展现出优异的耐腐蚀性（腐蚀电位低至0.0602 V）。此项工作为恶劣环境下多光谱电磁响应材料的一体化设计提供了新思路，展示了在海洋探测、智能隐身及光电转换器件等领域的广阔应用前景。

焦耳热

焦耳热：超快合成新范式

焦耳热是一种非辐射热加热方法，无需电热丝传热。闪蒸焦耳热设备 FJH-001 可在1秒内升温至3000℃，升温速率达 105∼106105∼106 K/s，且3000℃内温度精确可控。该方法可处理粉末、薄膜、块体等多种形态，无需溶剂或反应气体，能耗低、环境友好。

图1. a) 在CF上合成HEP的工艺示意图。b) 体心立方、f) FB和i) FCC CS的SEM图像。

c) 体心立方CS的TEM图像，d) 体心立方CS中的HEO及其 IFFT 图像。g) FB CS。g1) FB CS中HEA的 IFFT ，

g2) FB CS中HEO的 IFFT 。j) FCC CS。j1) FCC CS中HEA的 IFFT ，j2) FCC CS中HEO的 IFFT 。

 HAADF 和EDS光谱：e) 体心立方，h) FB，k) FCC CS。

 

核心研究

核心发现：多相高熵+双缺陷协同

研究采用“稀土固定+高压分散”策略，通过FJH在碳球上同时负载高熵合金（HEA）与高熵氧化物（HEO），并引入高浓度氧空位（Ov） 与碳缺陷（Cd）。

•图2a–b XRD图谱显示，通过调控稀土比例，可实现BCC、FCC及双相结构的精确控制

•图3a–d 介电损耗分离结果表明，HEO相关弛豫峰与氧空位浓度强相关，HEA-HEO界面为微波吸收提供了额外的弛豫损耗通道。

图2。a)LTCS的 XRD 谱图。b) FBLT 的详细光谱图及对应面心立方相（FCC）和X2O3相（X=Fe、Co、Ni、Pr、Nd、Sm）的晶格示意图。

c)各相在 FBLT 中的透射电子显微镜（TEM）图像及其 IFFT 结果。d)LTCS的Rietveld相含量精修结果。

e)不同元素比例FeCoNiPrNdSm合金的体积熵（VEC）与热力学参数。f)LTCS的复介电常数。g)LTCS的Cole-Cole图。

 

电磁吸收性能

•图4f–g 反射损耗（RL）测试显示，FCCMT样品有效吸收带宽达6.85 GHz（7.79–14.64 GHz），覆盖整个X波段及部分Ku波段

•图4h 统计表明，通过调控温度与稀土比例，可在2–18 GHz范围内灵活调节介电损耗能力

图4。a)拉曼光谱及ID/IG。b，c)FCC与MTCS中 XPS 衍生的OL、Ov及OA。d)FCC与MTCS中 XPS 衍生的Ov相对丰度及结合能。

e)FCC与MTCS中悬空键电子浓度及EPR测得的g因子。f，g)FCC与MTCS的相对长度(RL)。h)各样本最大 EAB 与最小RL的统计量。

 

多功能集成

•图6a–b CST模拟显示，FCCMT作为吸收层可实现26.38 dB的雷达截面（RCS）衰减

•图6c–d 电化学测试表明，高熵碳球在3.5% NaCl溶液中腐蚀电位低至0.0602 V，耐腐蚀性能优异

•图6f–h 光电测试显示，在1个太阳光照下，光电流提升达0.326 μA/cm²，且响应稳定。

图6. a) 未使用吸收剂的PEC与涂覆MT CS作为吸收剂的PEC的CST模拟RCS，以及模拟结构示意图。b) RCS模拟曲线。

c) MT CS的Tafel曲线。d) 所有样品的腐蚀电位与腐蚀电流密度。e) CS的紫外-可见-近红外吸收光谱。

f) 体心立方、g) FB和h) FCC CS的安培法（I–t）曲线及测试结构示意图。

 

总结

该研究利用闪速焦耳热的超快升降温特性，在毫秒级时间内实现高熵合金与高熵氧化物的一锅合成，并通过缺陷工程与界面设计，获得兼具宽频电磁吸收、耐腐蚀与光电响应的多功能材料。FJH技术为高熵材料的高效制备提供了新路径。

 

文章来源：https://doi.org/10.1002/adfm.202519905