高熵红外辐射节能材料研究获进展科技日报

记者4月14日从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所资源化学与能源材料研究中心、甘肃省节能与储能材料重点实验室高祥虎研究员团队在高熵红外辐射节能材料领域取得了新进展，相关研究成果发表于《先进材料》。

工业领域节能降碳是实现能源强国和“双碳”目标的重要路径。高温红外辐射涂层可在0.78—16μm波段有效增强辐射传热、降低能耗和碳排放，在火力发电、冶金、石油化工、航空航天等领域具有广阔应用前景。近年来，高熵氧化物凭借其晶格畸变、混合价态和丰富氧空位等特性，展现出优异的红外辐射可调控潜力。

该团队长期致力于高温热管理与节能新技术研究。前期围绕高熵尖晶石氧化物的设计制备与电磁波性能调控开展了系列工作，提出“熵驱动多相工程”策略，通过调控镧（La）掺杂量实现三种晶相稳定共存，突破了传统材料的性能局限。

近期，针对构型熵与位点反转、缺陷化学与晶格动力学耦合如何调控红外辐射性能的科学问题，该团队设计出将构型熵与反尖晶石有序化耦合的通用化学策略，采用低成本的固相合成法设计合成了中熵氧化物（Co0.25Ni0.25Mn0.25Cu0.25）Cr2O4。结果表明，熵驱动位点反转促进了混合价态和丰富氧空位将传统尖晶石氧化物转化为近黑体、耐高温的红外辐射体。

该材料在0.78—16μm波段的发射率达0.90，其中在1000℃以上关键辐射换热窗口（2—8μm）的发射率是二元氧化物的两倍以上；材料在1300℃下经过200小时高温老化后，仍保持单相结构和高发射率；块体材料表现出低热导率（800℃时为0.53W·m-1·K-1），作为可喷涂涂层在钢和耐火材料上实现约0.96的发射率，模拟显示可使炉内温度提高约44.3℃。

此外，研究人员结合光谱分析与密度泛函理论计算证实，反尖晶石有序化和高构型熵的协同效应，促进强轨道杂化、带隙变窄和增强的电子—声子耦合，实现了红外辐射性能的精准优化。为新一代红外辐射涂层提供了理论指导，也为热管理、能量转换和环境保护领域下一代高温材料的研发绘制了发展蓝图。