《Science》：SMU研究人员开发出3D打印新材料：耐热、耐腐蚀的高熵氧化物纳米带

2025年9月3日，南极熊获悉，来自南卫理公会大学 (SMU) 的一个研究团队开发出了一种更具成本效益和节能的材料，称为高熵氧化物 (HEO) 纳米带，它比现有材料更能抵抗高温、腐蚀和其他恶劣条件。

这项研究以题为“Resiliency, morphology, and entropic transformations in high-entropy oxide nanoribbons”的论文发表在《科学》杂志上。这种被称为HEO 纳米带的材料在航空航天、能源和电子等领域应用潜力巨大，因为这些领域的材料需要在极端条件下保持良好的性能。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr5604

与过去研发的高熵材料不同，南卫理公会大学的 Amin Salehi-Khojin 及其团队研发的纳米带可以在室温下进行 3D 打印或喷涂，用于制造组件或涂层表面。这使得它们比传统的高熵材料更节能、更具成本效益，因为传统的高熵材料通常以块体结构存在，需要高温铸造。

“这些纳米带在极端条件下表现出出色的弹性和非凡的机械性能，”SMU机械工程系 WilliamT. Solomon 主任兼 SMU 莱尔工程学院亨特工程与人文研究所临时执行主任 Salehi-Khojin 表示。

HEO纳米带

纳米带是极其薄而狭窄的材料，通常只有几纳米（十亿分之一米）厚，宽度为几十到几百纳米。HEO纳米带属于一种特殊类型的带状条带，称为高熵材料或合金，原子结构具有高度无序性。

萨利希-霍金说道：“大多数材料主要由一两种元素构成，但高熵材料则由五种或五种以上元素以大致相等的比例组合而成。这种均匀分布会产生高度无序的原子结构——科学家称之为‘高熵’——这可以增强材料的强度、耐热性以及承受压力或腐蚀的能力。”

未来的材料

在伊利诺伊大学芝加哥分校、斯德哥尔摩大学和华盛顿大学研究人员的帮助下，Salehi-Khojin首次研究出了如何制造这些低维高熵材料，以实现经济高效且节能的制造。

这项研究的合著者、南卫理公会大学莱尔分校机械工程系研究助理教授伊利亚斯·帕帕利亚斯(Ilias Papailias) 表示，他们开发了一种新的合成方法，可以精确控制高熵材料的形貌。“首先，使用硫元素将样品蚀刻成二维 (2D) 结构，然后通过氧化过程将二维结构转化为一维 (1D)，”帕帕利亚斯说道。“这项技术可以对由此方法制备的纳米带的宽度和尺寸进行超过两个数量级的控制。研究发现，在氧化过程中，一维纳米带会成核，最终在延长氧化时间后转化为完整的一维体系，这已得到大量原位实验的证实。”

研究表明，Salehi-Khojin 制备的纳米带（称为 1D-HEO）在极高的温度下仍能保持结构。在高压（高达 12 千兆帕）和长时间暴露于恶劣的酸碱化学环境（pH 值分别为 2.3 和 13，持续 7 天）下，情况也同样如此。

虽然这种材料在实际应用之前还需要进行更多测试，但 Salehi-Khojin 表示，1D-HEO 的硬度和回弹性使其成为需要耐热、耐压和高机械负荷下耐久性应用的理想选择。“这种新方法可以通过引入新的熵结构，彻底改变材料科学领域，”在 UIC 开始研究这些纳米带的Salehi-Khojin 说道。