科技日報記者 頡滿斌
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能材料領域取得了新進展，相關研究成果發表于《先進材料》。
工業領域節能降碳是實現能源強國和“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，在火力發電、冶金、石油化工、航空航天等領域具有廣闊應用前景。近年來，高熵氧化物憑借其晶格畸變、混合價態和豐富氧空位等特性，展現出優異的紅外輻射可調控潛力。
該團隊長期致力于高溫熱管理與節能新技術研究。前期圍繞高熵尖晶石氧化物的設計制備與電磁波性能調控開展了系列工作，提出“熵驅動多相工程”策略，通過調控鑭（La）摻雜量實現三種晶相穩定共存，突破了傳統材料的性能局限。
近期，針對構型熵與位點反轉、缺陷化學與晶格動力學耦合如何調控紅外輻射性能的科學問題，該團隊設計出將構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。結果表明，熵驅動位點反轉促進了混合價態和豐富氧空位將傳統尖晶石氧化物轉化為近黑體、耐高溫的紅外輻射體。
該材料在0.78—16μm波段的發射率達0.90，其中在1000℃以上關鍵輻射換熱窗口（2—8μm）的發射率是二元氧化物的兩倍以上；材料在1300℃下經過200小時高溫老化后，仍保持單相結構和高發射率；塊體材料表現出低熱導率（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約0.96的發射率，模擬顯示可使爐內溫度提高約44.3℃。
此外，研究人員結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型熵的協同效應，促進強軌道雜化、帶隙變窄和增強的電子—聲子耦合，實現了紅外輻射性能的精準優化。為新一代紅外輻射涂層提供了理論指導，也為熱管理、能量轉換和環境保護領域下一代高溫材料的研發繪制了發展藍圖。
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