Многокомпонентные и высокоэнтропийные материалы

Описание направления

Изучаются средне- и высокоэнтропийные перовскиты, шпинели и другие многокомпонентные системы. Рассматривается влияние химического беспорядка, локального порядка и энтропии смешения на фазовую устойчивость и функциональные свойства.

Одно из направлений работы отдела связано с исследованием многокомпонентных, среднеэнтропийных и высокоэнтропийных оксидных материалов. В таких системах функциональные свойства определяются не только средним химическим составом, но и распределением различных катионов по кристаллографическим позициям, локальным порядком, химическим беспорядком, конкуренцией фаз и энтропийной стабилизацией структуры.

Особое внимание уделяется сложным перовскитам и шпинелям. Для перовскитных систем важной задачей является понимание того, сохраняется ли в многокомпонентной B-подрешётке тенденция к катионному упорядочению, как она конкурирует с конфигурационной энтропией и как влияет на диэлектрические, сегнетоэлектрические, релаксорные и магнитные свойства. Теоретическая основа этого направления была заложена в работах по фазовым переходам порядок–беспорядок B-катионов в двойных перовскитах и влиянию давления на такие переходы: Acta Crystallographica B, 2018, Acta Crystallographica B, 2019.

В дальнейшем этот подход был развит применительно к средне- и высокоэнтропийным перовскитам. Были исследованы керамики PbSc_1/4In_1/4Nb_1/4Ta_1/4O₃, проанализирована возможность атомного упорядочения и связь структурного состояния с диэлектрическими свойствами: Materials Science and Engineering B, 2023. Методом Монте-Карло было показано, что даже в высокоэнтропийных перовскитах химический беспорядок не обязательно полностью подавляет локальное катионное упорядочение в B-подрешётке: Journal of Alloys and Compounds, 2024.

Отдельное направление составляют работы по синтезу и фазовой устойчивости среднеэнтропийных свинецсодержащих перовскитов. В системе PbSc_1/2Ta_1/2O₃–PbIn_1/2Nb_1/2O₃–PbIn_1/2Ta_1/2O₃–PbSc_1/2Nb_1/2O₃ была исследована конкуренция перовскитной и побочных фаз при росте кристаллов: Journal of Solid State Chemistry, 2025. Для PbSc_1/4In_1/4Nb_1/4Ta_1/4O₃ были дополнительно проанализированы проблемы синтеза и упорядочения: Journal of Solid State Chemistry, 2026. Эти результаты показывают, что увеличение числа компонентов не является само по себе гарантией получения однофазного высокоэнтропийного материала: важную роль играют размерный фактор, зарядовое состояние катионов, конкурирующие фазы и кинетика синтеза.

Высокоэнтропийный подход развивается также для материалов со структурой шпинели. В частности, был получен новый высокоэнтропийный оксид LiZnCrMnFeTiO₈ со структурой шпинели и исследованы его кристаллическая структура, магнитные и электрохимические свойства: Journal of Alloys and Compounds, 2025. Такие материалы интересны как модельные системы для изучения влияния многокомпонентности и локального порядка на магнитные и функциональные свойства, а также как возможная основа для новых электрохимических приложений.

В целом работы направления направлены на установление связи между химической сложностью, локальной структурой, атомным упорядочением, фазовой устойчивостью и функциональными свойствами. Сочетание твердофазного синтеза, рентгеноструктурного анализа, диэлектрических и магнитных измерений, феноменологической теории, метода Монте-Карло и атомистического моделирования позволяет рассматривать многокомпонентные материалы не как случайные смеси, а как управляемые кристаллические системы с настраиваемыми свойствами.

Связанные публикации