DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmat.2026.101173
تاريخ النشر: 2026-01-14
المؤلف: Jian Luo
الموضوع الرئيسي: دراسات سبائك عالية الانتروبيا
نظرة عامة
لقد شهد مجال السيراميك عالي الانتروبيا (HECs) نموًا كبيرًا على مدار العقد الماضي، حيث يشمل الآن مجموعة متنوعة من المواد مثل الأكسيدات، والبوريدات، والسيلسيدات. في عام 2020، تم تقديم مفهوم جديد لتمديد HECs إلى السيراميك المعقد التركيب (CCCs)، الذي يستخدم تركيبات غير متساوية ويختلف في درجات النظام لتعزيز خصائص المواد، مما قد يتجاوز تلك الخاصة بالسيراميك عالي الانتروبيا التقليدي. يثير هذا أسئلة حاسمة بشأن الطبيعة الحقيقية للانتروبيا في HECs والآثار المترتبة على تعظيمها.
في هذه المقالة، يعيد المؤلف زيارة المفاهيم الأساسية والمصطلحات بينما يحدد اتجاهات البحث الواعدة، بما في ذلك CCCs ذات الطور المزدوج، والمراحل عالية الانتروبيا للغاية، وتقنيات المعالجة المبتكرة مثل التلبيد التفاعلي فائق السرعة. يظهر استكشاف التعقيد التركيبي عبر نطاقات غير متساوية واسعة، جنبًا إلى جنب مع الاستخدام الاستراتيجي للفوضى المرتبطة—حيث يتواجد النظام الكيميائي والهيكلي قصير المدى معًا—كأسلوب تحويلي لتصميم السيراميك عالي الأداء.
نقاش
تحدد قسم النقاش في ورقة البحث تطور السيراميك عالي الانتروبيا (HECs) من سبائك عالية الانتروبيا (HEAs) إلى السيراميك عالي الانتروبيا (HECs) ثم إلى السيراميك المعقد التركيب (CCCs). كانت الانطلاقة الأولى في HEAs، التي تميزت بأعمال رائدة في عام 2004، قد فتحت آفاقًا لاستكشاف المواد ذات المكونات الرئيسية المتعددة وبدون مكون مهيمن. تم توسيع هذا التحول النموذجي ليشمل السيراميك مع إدخال الأكسيدات المستقرة بالانتروبيا والبوريدات عالية الانتروبيا، مما أدى إلى اهتمام كبير بخصائصها وتطبيقاتها المتنوعة، بما في ذلك التحفيز وتخزين الطاقة. يبرز القسم إمكانيات HECs وCCCs لإظهار خصائص ميكانيكية وحرارية ووظيفية فريدة من خلال تصاميم تركيبية مصممة خصيصًا، مستفيدة من كل من الفوضى التشكيلية والفوضى المرتبطة.
تشدد الورقة على أنه بينما تعتبر الانتروبيا العالية سمة رئيسية لـ HECs، إلا أنها ليست دائمًا مرادفة لتحسين خصائص المواد. يسمح إدخال التركيبات غير المتساوية في CCCs بتحسين خصائص مثل الموصلية الحرارية والقوة الميكانيكية، وغالبًا ما تتجاوز تلك الخاصة بالمواد ذات الانتروبيا العالية. تشير النتائج إلى أن الفوضى المرتبطة، الناتجة عن النظام الكيميائي والهيكلي قصير المدى المرتبط، يمكن أن تؤدي إلى خصائص استثنائية، بما في ذلك الموصلية الحرارية المنخفضة للغاية وزيادة الصلابة. تختتم المناقشة بالدعوة إلى تعريف أوسع لـ CCCs يشمل مجموعة متنوعة من التعقيدات التركيبية، مما يوفر إطارًا أكثر مرونة لتصميم المواد، مع تسليط الضوء أيضًا على الحاجة إلى تقنيات تخليق متقدمة مثل التلبيد التفاعلي فائق السرعة لتحقيق الإمكانات الكاملة لهذه المواد.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmat.2026.101173
Publication Date: 2026-01-14
Author(s): Jian Luo
Primary Topic: High Entropy Alloys Studies
Overview
The field of high-entropy ceramics (HECs) has seen significant growth over the past decade, now including a diverse array of materials such as oxides, borides, and silicides. In 2020, a new concept was introduced to extend HECs to compositionally complex ceramics (CCCs), which utilize non-equimolar compositions and varying degrees of order to enhance material properties, potentially exceeding those of traditional high-entropy ceramics. This raises critical questions regarding the true nature of entropy in HECs and the implications of maximizing it.
In this perspective article, the author revisits essential concepts and terminology while outlining promising research directions, including dual-phase CCCs, ultrahigh-entropy phases, and innovative processing techniques like ultrafast reactive sintering. The exploration of compositional complexity across extensive non-equimolar ranges, combined with the strategic use of correlated disorder—where chemical and structural short-range order coexist—emerges as a transformative approach for the design of high-performance ceramics.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the evolution from high-entropy alloys (HEAs) to high-entropy ceramics (HECs) and further to compositionally complex ceramics (CCCs). The initial breakthrough in HEAs, marked by seminal works in 2004, opened avenues for exploring materials with multiple principal components and no dominant constituent. This paradigm shift was extended to ceramics with the introduction of entropy-stabilized oxides and high-entropy diborides, leading to significant interest in their diverse properties and applications, including catalysis and energy storage. The section highlights the potential of HECs and CCCs to exhibit unique mechanical, thermal, and functional properties through tailored compositional designs, leveraging both configurational and correlated disorder.
The paper emphasizes that while high entropy is a key characteristic of HECs, it is not always synonymous with enhanced material properties. The introduction of non-equimolar compositions in CCCs allows for the optimization of properties such as thermal conductivity and mechanical strength, often surpassing those of higher-entropy materials. The findings suggest that correlated disorder, arising from coupled chemical and structural short-range order, can lead to extraordinary properties, including ultralow thermal conductivities and enhanced hardness. The discussion concludes by advocating for a broader definition of CCCs that encompasses a variety of compositional complexities, thus providing a more versatile framework for materials design, while also highlighting the need for advanced synthesis techniques like ultrafast reactive sintering to realize the full potential of these materials.