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記者4月14日從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，該所資源化學與能源材料研究中心、甘肅省節(jié)能與儲能材料重點實驗室高祥虎研究員團隊在高熵紅外輻射節(jié)能材料領(lǐng)域取得了新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進材料》。

工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能降碳是實現(xiàn)能源強國和“雙碳”目標的重要路徑。高溫紅外輻射涂層可在0.78—16μm波段有效增強輻射傳熱、降低能耗和碳排放，在火力發(fā)電、冶金、石油化工、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊應用前景。近年來，高熵氧化物憑借其晶格畸變、混合價態(tài)和豐富氧空位等特性，展現(xiàn)出優(yōu)異的紅外輻射可調(diào)控潛力。

該團隊長期致力于高溫熱管理與節(jié)能新技術(shù)研究。前期圍繞高熵尖晶石氧化物的設計制備與電磁波性能調(diào)控開展了系列工作，提出“熵驅(qū)動多相工程”策略，通過調(diào)控鑭（La）摻雜量實現(xiàn)三種晶相穩(wěn)定共存，突破了傳統(tǒng)材料的性能局限。

近期，針對構(gòu)型熵與位點反轉(zhuǎn)、缺陷化學與晶格動力學耦合如何調(diào)控紅外輻射性能的科學問題，該團隊設計出將構(gòu)型熵與反尖晶石有序化耦合的通用化學策略，采用低成本的固相合成法設計合成了中熵氧化物（Co0.25Ni0.25Mn0.25Cu0.25）Cr2O4。結(jié)果表明，熵驅(qū)動位點反轉(zhuǎn)促進了混合價態(tài)和豐富氧空位將傳統(tǒng)尖晶石氧化物轉(zhuǎn)化為近黑體、耐高溫的紅外輻射體。

該材料在0.78—16μm波段的發(fā)射率達0.90，其中在1000℃以上關(guān)鍵輻射換熱窗口（2—8μm）的發(fā)射率是二元氧化物的兩倍以上；材料在1300℃下經(jīng)過200小時高溫老化后，仍保持單相結(jié)構(gòu)和高發(fā)射率；塊體材料表現(xiàn)出低熱導率（800℃時為0.53W·m-1·K-1），作為可噴涂涂層在鋼和耐火材料上實現(xiàn)約0.96的發(fā)射率，模擬顯示可使爐內(nèi)溫度提高約44.3℃。

此外，研究人員結(jié)合光譜分析與密度泛函理論計算證實，反尖晶石有序化和高構(gòu)型熵的協(xié)同效應，促進強軌道雜化、帶隙變窄和增強的電子—聲子耦合，實現(xiàn)了紅外輻射性能的精準優(yōu)化。為新一代紅外輻射涂層提供了理論指導，也為熱管理、能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境保護領(lǐng)域下一代高溫材料的研發(fā)繪制了發(fā)展藍圖。