工业领域节能降碳是实现能源强国和双碳目标的重要路径。高温红外辐射涂层通过热辐射的方式实现热量传递，在0.78~16 μm波段，可有效增强辐射传热、降低能耗和碳排放，在火力发电、冶金、石油化工、航空航天等领域具有广阔应用前景。近年来，高熵氧化物因其独特的晶格畸变、混合价态和丰富氧空位等特性，展现出优异的红外辐射可调控潜力。

中国科学院兰州化学物理研究所资源化学与能源材料研究中心/甘肃省节能与储能材料重点实验室高祥虎研究员团队长期致力于高温热管理与节能新技术研究。前期，团队围绕高熵尖晶石氧化物的设计制备与电磁波性能调控开展了系列研究，提出“熵驱动多相工程”策略，通过精准调控镧（La）掺杂量，在尖晶石型高熵氧化物基体中实现了三种晶相的热力学稳定共存，突破了传统材料的性能局限。相关研究工作以“Entropy-Driven Multiphase Engineering Enables Superior Broadband Infrared Emissivity in High-Entropy Oxides”为题发表在Advanced Materials上（2025, 38, e08636）。

近期，该团队设计了一种将构型熵与反尖晶石有序化耦合的通用化学策略，以实现稳键的宽带红外发射率，在红外辐射热管理领域取得了新进展。针对构型熵与位点反转、缺陷化学与晶格动力学耦合如何调控红外辐射性能这一科学问题，该团队通过简便、低成本的固相合成法，采用熵驱动位点反转设计合成了中熵氧化物(Co_0.25Ni_0.25Mn_0.25Cu_0.25)Cr₂O₄（如图1），重点研究了中熵氧化物内部混合价态、氧空位和电子结构，结果表明，熵驱动位点反转促进了混合价态和丰富氧空位，增强了轨道杂化并激活了红外声子，将传统尖晶石氧化物转化为近黑体、耐高温的红外辐射体；该材料在0.78–16 μm波段的发射率达0.90，其中在1000 °C以上关键辐射换热窗口（2–8 μm）的发射率是二元氧化物的两倍以上（如图2）；材料在1300 °C下经过200小时高温老化后，仍保持单相结构和高发射率；块体材料表现出低热导率（800 °C时为0.53 W·m^-1·K^-1），作为可喷涂涂层在钢和耐火材料上实现约0.96的发射率，模拟显示可使炉内温度提高约44.3 °C。

图1.中熵氧化物设计及红外辐射性能调节

研究人员结合光谱分析与密度泛函理论计算，系统考察了中熵氧化物的混合价态、氧空位及电子结构。结果表明，反尖晶石有序化和高构型熵的协同效应促进了强轨道杂化、带隙变窄和增强的电子-声子耦合，这些机制共同支撑了卓越的红外辐射性能。该研究系统的揭示了熵驱动下阳离子无序化、位点反转与晶格缺陷协同调控电子结构与声子行为的机制，实现了对红外辐射性能的精准优化。这为开发兼具高发射率与高稳定性的新一代红外辐射涂层提供了理论指导，也为热管理、能量转换和环境保护领域下一代高温材料的研发绘制了发展蓝图。

图2.中熵氧化物的红外辐射性能、高温热稳定性及热传导性能

相关研究成果以“Entropy-Enabled Site Inversion and Defect Activation in Medium-Entropy Spinels for Near-Black Infrared Emission”为题，发表在Advanced Materials（2026, DOI: 10.1002/adma.202572917）上。兰州化物所孙戈婷博士为论文第一作者，高祥虎研究员、何成玉助理研究员和内蒙古大学王蕾教授为共同通讯作者。

上述研究获得了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、甘肃省重大科技专项、中国博士后科学基金等项目的支持。