哈工大年夜《AFM》：一种基于层状多孔材料的辐射热防护陶瓷涂层！

近日，哈工大材料学院周玉院士团队王亚明教授课题组与能源学院帅永、裘俊团队互助宣布了一种具有超高发射率（0.9）和超低热导率（0.5Wm-1K-1）的铌酸钇基辐射热防护陶瓷涂层，哈工大助理教授陈国梁为论文的第一作者。
研究团队通过Ca2+-Cr3+离子不等价掺杂和热喷涂制备构建层状微孔构造涂层，从电子、声子、涂层微构造等多尺度角度剖析，揭示了涂层组织构造与发射率、热导率的构效关系。
创造通过调控声子无序、微孔取向以及光子多次散射接管能使涂层的发射率和热导率比值高达1.3，达到了宣布以来最高的发射率和热导率比值（1.3），为高温辐射热防护陶瓷涂层的设计供应新思路。

该研究成果以《基于层状多孔Ca-Cr共掺杂Y3NbO7的辐射热防护涂层》（A promising radiation thermal protection coating based on lamellar porous Ca-Cr co-doped Y3NbO7 ceramic）为题，以长文形式在线揭橥于国际威信杂志《前辈功能材料》（Adv. Funct. Mater.，2022~2023年影响因子19.924）。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202305650

图1 a) 辐射热防护涂层示意图；b) 不同辐射热防护材料的热防护效果比拟；c) Ca-Cr掺杂Y3NbO7的晶体构造

图2 a) 涂层的截面描述；b)涂层表面的元素分布图; c) 涂层的表面描述；d)涂层精修的XRD图谱；e) 涂层的透射表征图谱

图3 a) 涂层热导率与微孔取向和孔隙率的关系；b) 涂层的截面扫描图；c)Y3NbO7基陶瓷及其涂层的热导率比拟；d) 具有垂直和 e) 水平取向微孔涂层的温度和热飘泊布图。

图4 a) 涂层表面的3D描述；b) 涂层随机粗糙表面模型；c)，d) 8m和e) 14m波长下，涂层x-z截面的光电场分布

图5 a) Ca-Cr掺杂Y3NbO7陶瓷的热膨胀系数；b)涂层在热冲击循环下表面的温度变革；c)涂层循环热冲击照片及其表面的SEM图；d) 涂层在多次热冲击浸染后的XRD图谱；e)涂层在多次热冲击后的Raman图谱；f)涂层在多次热冲击浸染下的发射率变革。

该事情从电子、声子、涂层微构造等多尺度角度揭示了涂层组织构造与发射率、热导率之间的构效关系。
在热导率方面，通过调控声子无序和涂层内部微孔的取向，成功减小热流利道，降落热导率达0.5W/(mK)；在发射率方面，Ca-Cr共掺杂勾引杂质能级产生，协同表面微构造强化光接管改进界面阻抗匹配性，将发射率提高至0.8以上。
涂层的综合发射率和热导率比值高达1.3，这是目前宣布最高的辐射热防护优值。
这种层状多孔构造陶瓷涂层兼具高发射率、低热导率、高结合强度和热稳定性等精良的综合性能，在金属辐射热防护系统上具有很大的运用潜力。

感谢论文作者团队对本文的大力支持

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。
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