Evolución estructural impulsada por la entropía en los óxidos de cerámica

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• Ciencias de los materiales computacionales

Sus antecedentes:

• Las cerámicas de alta entropía (HEC) ofrecen diversas propiedades debido a múltiples elementos que ocupan sitios cristalográficos al azar.
• Exploración limitada de HEC con elementos diferentes debido a las barreras entálpicas que obstaculizan la estabilización entrópica.
• Los HEC existentes a menudo contienen pocos elementos similares, lo que restringe la comprensión del papel de la entropía.

Objetivo del estudio:

• Modelado y realización experimental de cerámicas complejas de alta entropía con una amplia gama de elementos.
• Investigar la influencia del aumento de la entropía en el desorden estructural y de configuración de la cerámica.
• Proporcionar información sobre la estabilización impulsada por la entropía de materiales cerámicos de composición compleja.

Principales métodos:

• Modelado de la teoría funcional de la densidad (DFT) de las estructuras cristalinas de fluorita (1-10 elementos).
• Síntesis experimental de nanoestructuras de óxido de fluorito con contenido variable de metales (1, 3, 8, 15 y 25 elementos).
• Caracterización de las propiedades estructurales y térmicas en función de la composición elemental y la entropía.

Principales resultados:

• Modelado y síntesis exitosos de HEC con hasta 25 elementos diversos, incluidas las tierras raras, las de transición, las alcalinas, el bloque p y los metales nobles.
• Correlación demostrada entre el aumento de la entropía y el aumento del trastorno estructural/configuracional.
• Se observaron alteraciones en la distorsión de la celosía, la cristalinidad, la homogeneidad, la densidad de los defectos y la estabilidad térmica con un aumento de la entropía.

Conclusiones:

• La entropía juega un papel crucial en la estabilización de las cerámicas de composición compleja.
• El HEC de 25 elementos desarrollado representa un récord en complejidad de composición.
• Este trabajo amplía la comprensión y las aplicaciones potenciales de los materiales de alta entropía.