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高熵(shang)合(he)金(jin)(jin)通(tong)常被定(ding)義為含有(you)5個以上(shang)主元素的(de)(de)固溶體，且每個元素的(de)(de)摩(mo)爾比為5~35%。作為合(he)金(jin)(jin)材料(liao)界的(de)(de)新秀，它的(de)(de)問(wen)世(shi)打(da)破了(le)傳統合(he)金(jin)(jin)設計(ji)理念。高熵(shang)合(he)金(jin)(jin)具(ju)有(you)優(you)異的(de)(de)力學、耐高溫、耐磨、耐蝕、抗(kang)輻照等性能，在(zai)很(hen)多(duo)領域均(jun)展現出(chu)了(le)巨大的(de)(de)發展潛力。

近期，中(zhong)國科學(xue)院蘭(lan)(lan)州(zhou)化(hua)(hua)學(xue)物理研究(jiu)所（簡稱(cheng)中(zhong)科院蘭(lan)(lan)州(zhou)化(hua)(hua)物所）環境(jing)材(cai)料(liao)與生態(tai)化(hua)(hua)學(xue)研究(jiu)發展中(zhong)心傳來消息：高祥虎(hu)副研究(jiu)員(yuan)、劉剛研究(jiu)員(yuan)帶領的科研團隊，通過組分調控、構(gou)型熵優化(hua)(hua)和結構(gou)設計，成(cheng)功制(zhi)備了系列高熵合金基高溫太陽能(neng)光譜(pu)選擇(ze)性吸(xi)收涂層。

研究人(ren)員設計了一種由紅外反射層(ceng)鋁、高熵合金氮化(hua)(hua)物(wu)、高熵合金氮氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)和二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)組成(cheng)的彩色太陽能光譜選擇性吸(xi)收涂層(ceng)，其吸(xi)收率可達93.5%，發(fa)射率低于10%。相關研究成(cheng)果發(fa)表在Solar Energy Materials and Solar Cells（2020,209,110444）、Solar Energy Materials and Solar Cells（2020,217,110709）上。

研(yan)究人(ren)員發現(xian)單層(ceng)的高(gao)熵(shang)合金(jin)氮化物陶瓷也(ye)具有良好(hao)的本征吸(xi)(xi)收特性，因此，制備(bei)了一種結構簡單的涂層(ceng)。他們以高(gao)熵(shang)合金(jin)氮化物作為吸(xi)(xi)收層(ceng)，SiO?或Si?N?作為減反射層(ceng)，得到(dao)的涂層(ceng)吸(xi)(xi)收率可達(da)92.8%，發射率低于(yu)7%，并可在650℃的真空條件下穩定300小時(shi)。相關研(yan)究成(cheng)果發表在Journal of Materials Chemistry A（2021,9,6413-6422）、ACS Applied Materials&Interfaces（2021,13,16987-16996）、ACS Applied Energy Materials（2021,4,8801–8809）上(shang)。

圖1光學模擬結合磁控濺射方法制備太陽能光譜選擇性吸收涂層

為進(jin)一(yi)步提升涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)吸收(shou)能(neng)(neng)力，研(yan)究(jiu)(jiu)人員(yuan)選用(yong)不銹(xiu)鋼作(zuo)(zuo)(zuo)為基底(di)，低氮(dan)(dan)含量高熵(shang)(shang)合(he)金(jin)薄膜作(zuo)(zuo)(zuo)為主吸收(shou)層(ceng)(ceng)(ceng)，高氮(dan)(dan)含量高熵(shang)(shang)合(he)金(jin)薄膜作(zuo)(zuo)(zuo)為消光(guang)(guang)干(gan)涉層(ceng)(ceng)(ceng)，SiO?、Si?N?、Al?O?作(zuo)(zuo)(zuo)為減反射層(ceng)(ceng)(ceng)，形(xing)成(cheng)了從基底(di)到(dao)表(biao)面光(guang)(guang)學常數逐漸遞減的(de)(de)結構（圖(tu)1）。通過(guo)光(guang)(guang)學設計(ji)軟件（CODE）進(jin)行優(you)化，利用(yong)反應磁控濺射的(de)(de)方法(fa)制(zhi)備(bei)，提高了制(zhi)備(bei)效率。涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)吸收(shou)率可(ke)達(da)96%，熱發射率被抑(yi)制(zhi)到(dao)低于10%。研(yan)究(jiu)(jiu)人員(yuan)通過(guo)時(shi)域有限差分法(fa)（FDTD）研(yan)究(jiu)(jiu)了涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)光(guang)(guang)吸收(shou)機制(zhi)。通過(guo)長期熱穩定性研(yan)究(jiu)(jiu)，結果表(biao)明高熵(shang)(shang)合(he)金(jin)氮(dan)(dan)化物吸收(shou)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在600℃真空條件下，退(tui)火(huo)168小時(shi)后依(yi)舊保(bao)持良好的(de)(de)光(guang)(guang)學性能(neng)(neng)。計(ji)算了涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在不同工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度和聚光(guang)(guang)比(bi)的(de)(de)光(guang)(guang)熱轉化效率，當(dang)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度為550℃、聚光(guang)(guang)比(bi)為100時(shi)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)光(guang)(guang)熱轉化效率能(neng)(neng)達(da)到(dao)90.1%。相比(bi)近期國內外報道的(de)(de)相關研(yan)究(jiu)(jiu)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)，該涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)顯示出優(you)異(yi)的(de)(de)光(guang)(guang)熱轉換效率和熱穩定性（圖(tu)2）。

圖2光譜選擇性吸收機制和熱穩定性研究

研(yan)究(jiu)(jiu)人員通過(guo)將吸收(shou)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)沉積在不同基(ji)底材(cai)料上，制(zhi)備的(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)依然保持優異(yi)的(de)光學性(xing)能，并(bing)在鋁箔(bo)上實(shi)現了涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)大規模制(zhi)備。通過(guo)對不同入射(she)角的(de)吸收(shou)譜圖研(yan)究(jiu)(jiu)發現，吸收(shou)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)在入射(she)光角度為0-60°的(de)范圍(wei)內(nei)都具有良好的(de)吸收(shou)率。研(yan)究(jiu)(jiu)人員模擬太陽光對吸收(shou)器表面(mian)進行照(zhao)射(she)，在太陽光照(zhao)射(she)下，涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)表面(mian)的(de)溫度超過(guo)100℃，表明該材(cai)料在界面(mian)水蒸(zheng)發研(yan)究(jiu)(jiu)領域具有重要應(ying)用價(jia)值。相關研(yan)究(jiu)(jiu)成果(guo)發表在Journal of Materials Chemistry A（2021 9,21270-21280）、Solar RRL（2021,5,2000790）、Journal of Materiomics（2021,7,460-469(invited)）上。

上述工作開發(fa)了(le)(le)兼具優異光學性能(neng)(neng)和耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)性能(neng)(neng)的(de)高(gao)(gao)溫(wen)太陽能(neng)(neng)光譜選擇性吸(xi)收涂層，拓展(zhan)了(le)(le)高(gao)(gao)熵合金(jin)在(zai)新(xin)能(neng)(neng)源材料領域的(de)功(gong)能(neng)(neng)應用。何(he)成玉(yu)博士生(sheng)為上述論文第一作者。

該工作得到了中(zhong)科院青促會（2018455）、中(zhong)科院科技(ji)服務(wu)網(wang)絡計(ji)劃區域重點項目（KFJ-STS-QYZD-139）和甘肅省重大(da)科技(ji)項目（20ZD7GF011）的(de)支持。

來(lai)源：中國(guo)科學(xue)(xue)院蘭州化(hua)學(xue)(xue)物理研究所環(huan)境材料與(yu)生態化(hua)學(xue)(xue)研究發展中心。