原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

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Guo W, Zhou Z, Fan X, et al. High-entropy rare-earth oxide ceramics for next-generation thermal and environmental barrier coatings: A comprehensive review. Journal of Advanced Ceramics, 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221293 

文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221293

1. 导读

随着先进航空发动机与重型燃气轮机涡轮进口温度的持续提升，传统热障/环境障涂层（TBCs/EBCs）在极端服役环境下逐渐暴露出高温相稳定性不足、热膨胀系数失配、抗腐蚀能力有限等关键瓶颈。如何在高温、CMAS腐蚀及水蒸气氧化等耦合极端条件下实现涂层的长期稳定服役，已成为高温防护材料领域亟待解决的核心科学问题。为突破陶瓷涂层材料的性能极限，近五年高熵稀土氧化物（HEREOs）的研究迎来了快速发展期。研究表明，得益于多主元固溶引发的构型熵稳定化效应、严重晶格畸变及缓慢扩散特性，HEREOs能够在单一晶格内实现超低热导率、可调控热膨胀系数与优异化学稳定性的协同优化，且具有广阔的性能调控空间，已被广泛认为是下一代先进TBCs/EBCs最具潜力的候选材料。

长沙理工大学郭文建、毛卫国教授联合国防科技大学朱利安教授等对HEREOs的研究现状进行了全面综述，系统梳理了TBCs/EBCs材料的发展历程，深入总结了HEREOs的失效机制与性能调控策略，剖析了当前研究存在的不足，并展望了该领域未来的重点发展方向。

2. 文章亮点

该综述深入探讨了HEREOs在工艺-微结构演变、高温相稳定性以及缺陷工程调控热物性等方面的内在机理，详细剖析了HEREOs在CMAS腐蚀及水蒸气氧化等极端环境下的损伤演化规律与失效机制。同时，提出了通过多尺度结构工程（如多相协同增韧、梯度结构设计）克服材料本征脆性、提升抗热震耐久性的策略，并指出引入机器学习实现多目标性能协同优化是加速HEREOs研发进程的重要途径。

此外，该综述基于文献数据对HEREOs进行了多项研究趋势统计。例如，当前HEREOs设计呈现出显著的元素选择性：大半径稀土元素（La、Nd、Sm、Gd）因能有效兼顾隔热性能与相稳定性，在A位占据主导地位；B位则以Zr为主（Ce、Hf次之），形成了典型的“稀土A位+Zr/Ce B位”化学模板，这也使得缺陷萤石与烧绿石结构成为该领域最常见的晶体体系。特别地，(La,Nd,Sm,Eu,Gd)五元组合凭借其广阔的可调物性空间，成为目前研究最为频繁的元素组合，而(La₀.₂Nd₀.₂Sm₀.₂Eu₀.₂Gd₀.₂)₂Zr₂O₇则是该领域研究最为广泛的材料体系。这些统计分析规律为HEREOs的成分设计提供了重要参考和依据。

然而，尽管HEREOs在实验室尺度展现出优异的综合性能，其工程应用仍面临多重挑战：非平衡制备过程（如热喷涂）引发的成分偏析与相结构失稳、多物理场耦合环境下的长寿命验证数据匮乏，以及本征断裂韧性仍低于传统YSZ等问题。未来研究需重点关注非等原子比成分优化、喷涂工艺-微结构-服役性能的精确调控，并建立基于人工智能的涂层寿命评估模型，从而推动HEREOs从实验室研究向工程应用的实质性转化。

3. 作者及研究团队简介

郭文建（第一作者及通讯作者），长沙理工大学讲师，主要从事机器学习加速高熵稀土氧化物陶瓷、超高温陶瓷设计及工程应用研究。

朱利安（通讯作者），国防科技大学教授，长期从事超高温热结构及涂层设计、制备及工程应用研究。

毛卫国（通讯作者），长沙理工大学教授，长期从事先进防护涂层材料设计、制备、服役性能评价及工程应用研究。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科34种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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