一个研究团队在管式炉中精确降低合成过程中的氧含量，使铁和锰得以在原本难以稳定的条件下，以2价状态进入高熵氧化物晶格中，从而得到七种此前无法获得的陶瓷组合物。 这些高熵氧化物由五种或以上金属元素构成，在储能器件、电子元件和防护涂层等领域具有潜在应用价值。
在一支由多名材料科学与工程本科生组成的团队协助下，研究人员完成了全部七种新材料的块体陶瓷制备，包括粉体处理、压制成型和后续表征工作。 学生的研究助理岗位由材料科学与工程系以及获美国国家科学基金会资助的宾州州立大学纳米科学中心提供支持。
这项工作的关键在于利用热力学原理“驯服”锰和铁的价态，使其维持在仅与两个氧原子配位的2价状态，对应岩盐型晶体结构。 在常规氧分压条件下，锰和铁倾向于继续与氧结合、发生价态提升，从而破坏目标相；通过降低炉内氧含量，研究人员人为限制了氧的参与，使材料能够形成并保持在稳定的岩盐结构。
为确认新材料中锰和铁处于预期氧化态，团队与弗吉尼亚理工大学合作，利用先进的X射线吸收技术分析了原子对X射线的吸收特征，验证了元素的价态与结构稳定性。 下一阶段，研究人员计划系统测试这七种材料的磁性表现，并尝试将当前的控氧热力学框架扩展应用到其他同样被认为难以合成的陶瓷与复杂氧化物体系。
这篇论文上线后已获得较高关注，部分原因在于其方法简洁清晰，给高熵氧化物研究提供了一个可复制的设计思路。 参与大量实验工作的本科生Matthew Furst还获邀在美国陶瓷学会年会上作报告，这类受邀报告通常保留给教师或高年级研究生，体现了项目在学术界的认可度。
编译自/scitechdaily