二维高熵材料分类的历史时间线
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二维高熵材料是一类新兴的二维材料,由五种或更多种元素以等原子或近等原子比例组成,具有独特的结构无序性和成分复杂性,展现出优异的力学、电学、催化及热学性能,在能源、电子和催化等领域有广阔应用前景。其分类主要基于元素组成、晶体结构和合成方法,是材料科学的前沿研究方向。
2004年
英国曼彻斯特大学安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离出石墨烯,开启了二维材料研究的新纪元。这一突破为后续复杂二维材料如二维高熵材料的探索奠定了基础,石墨烯的发现激发了科学家对更多元二维体系的兴趣。
2015年
高熵合金概念被引入二维材料领域,研究人员开始探索将多种元素组合成单层或少数层结构。早期研究集中在理论预测,通过计算模拟如密度泛函理论(DFT)评估二维高熵材料的稳定性和潜在性能,初步提出了基于过渡金属二硫族化合物(TMDs)等体系的二维高熵材料分类设想。
2018年
实验上首次成功合成二维高熵材料,例如通过化学气相沉积(CVD)方法制备出二维高熵过渡金属二硫族化合物(如(Mo,W,Nb,Ta,V)S2)。这一进展验证了理论预测,标志着二维高熵材料从概念走向现实,并开始基于元素类型(如过渡金属、主族元素)和结构(如六方、四方)进行初步分类。
2020年
二维高熵材料的分类体系逐渐细化,研究人员提出按成分维度分类,如二维高熵氧化物、氮化物、碳化物和硫属化合物。同时,基于合成方法(如CVD、湿化学法、机械剥离)的分类也得到发展,以指导材料设计和应用优化,推动其在催化、能源存储等领域的实验研究。
2022年
分类框架进一步扩展,包括按功能性能分类(如电催化、磁性、光学材料)和按结构有序度分类(如完全无序、部分有序)。国际材料数据库开始收录二维高熵材料数据,促进标准化分类和机器学习辅助设计,加速了新材料的发现和性能预测。
2023年
二维高熵材料分类趋于系统化,形成多维分类体系:基于元素组成(如高熵合金衍生物、高熵化合物)、晶体结构(如层状、非层状)、合成策略和应用导向。综述文章和专著开始总结分类原则,强调成分-结构-性能关系,以支持精准设计和工业化应用。
2024年至今
分类研究聚焦于动态和智能分类方法,结合人工智能和大数据分析,实现快速材料筛选和性能优化。新兴类别如二维高熵异质结和功能梯度材料被纳入分类体系,推动二维高熵材料向多功能集成和实际应用迈进,成为材料科学的热点领域。
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