Non‐Equilibrium Synthesis Methods to Create Metastable and High‐Entropy Nanomaterials

亚稳态 纳米材料 纳米技术 材料科学 可扩展性 价(化学) 纳米晶 计算机科学 相(物质) 材料设计 动能 材料性能 高能材料 纳米制造 相空间 超短脉冲 能量转换 化学物理 空格(标点符号)
作者
Shuo Liu,Chaochao Dun,Jeffrey J. Urban,Mark T. Swihart
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (11): e21953-e21953 被引量:8
标识
DOI:10.1002/advs.202521953
摘要

Stabilizing multiple elements within a single phase enables the creation of advanced materials with exceptional properties arising from their complex composition. However, under equilibrium conditions, the Hume-Rothery rules impose strict limitations on solid-state miscibility, restricting combinations of elements with mismatched crystal structures, atomic radii, valence states, or electronegativities. This severely narrows the accessible compositional space for creating new inorganic materials. In this review, we highlight how non-equilibrium synthesis methods, featuring ultrafast heating and quenching, can overcome these thermodynamic barriers, enabling integration of immiscible elements into metastable and high-entropy nanostructures. The resulting materials benefit from both kinetic trapping and stabilization by high configurational entropy, leading to enhanced phase stability. These materials can exhibit unique structural and functional properties that are needed for advancing catalysis, energy storage, thermoelectrics, and sensing. Furthermore, the ability of non-equilibrium methods to generate unconventional compositions and structures expands the material design space dramatically, offering rich datasets for AI-guided materials discovery. When combined with their inherent high-throughput and scalable characteristics, these approaches enable rapid, iterative optimization and accelerate the development and industrial production of next-generation inorganic materials.
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