journal article·2024-01-23Open access

Assessing Phase Stability in High-Entropy Materials by Design of Experiments: The Case of the (Mg,Ni,Co,Cu,Zn)O System

Mauro Coduri, Lisa R. Magnaghi, Martina Fracchia, Raffaela Biesuz, Umberto Anselmi-Tamburini

Chemistry of Materials· Volume 36· Issue 2

Abstract

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide In this study, we aimed to explore the phase stability of high-entropy oxides (HEOs) beyond their conventional equimolar composition, which presents the maximum configurational entropy. This task is challenging due to the large number of compositional parameters involved. We used the design of experiments as a strategy to investigate the compositional range of stability of the rock salt (RS) structure in the (Mg,Ni,Co,Zn,Cu)O quinary system, featuring the prototypical HEO Mg 0.2 Ni 0.2 Co 0.2 Zn 0.2 Cu 0.2 O. Our study revealed that the chemical nature of the RS-native oxides (NiO, MgO, and CoO) significantly affects the phase stability of the RS-HEO, suggesting that the HEO stability is not solely governed by the balance of configurational entropy and enthalpy of mixing. In addition, a single high-entropy phase can be achieved on a wide out-of-equimolar set of compositions, thereby broadening the compositional range that should be explored in the search for innovative materials with unique properties and applications.
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Research context

OpenAlex topics: High Entropy Alloys Studies · High-Temperature Coating Behaviors · Electronic and Structural Properties of Oxides

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemistry, University of Pavia, V. le Taramelli 12, I27100 Pavia, Italy

INSTM, National Inter-University Consortium for Materials Science and Technology, Via G. Giusti 9, 50121 Florence, Italy

Funding

Universit? degli Studi di Pavia · Ministero dell'Universit? e della Ricerca · L?Oreal Italia per le Donne e la Scienza

References (68)

Show source-provided references
1. 10.1002/adem.20030056710.1002/adem.200300567 ↗
2. 10.1016/j.msea.2003.10.25710.1016/j.msea.2003.10.257 ↗
3. 10.1038/ncomms948510.1038/ncomms9485 ↗
4. 10.1016/j.actamat.2020.10.04310.1016/j.actamat.2020.10.043 ↗
5. 10.1021/jacs.2c1160810.1021/jacs.2c11608 ↗
6. 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.09.05610.1016/j.jeurceramsoc.2023.09.056 ↗
7. 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.04.01010.1016/j.jeurceramsoc.2018.04.010 ↗
8. 10.1016/j.actamat.2020.10.06110.1016/j.actamat.2020.10.061 ↗
9. 10.1007/s40145-020-0368-710.1007/s40145-020-0368-7 ↗
10. 10.1016/j.scriptamat.2017.08.04010.1016/j.scriptamat.2017.08.040 ↗
11. 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.05810.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.058 ↗
12. 10.1111/jace.1765910.1111/jace.17659 ↗
13. 10.1021/jacs.0c1073910.1021/jacs.0c10739 ↗
14. 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.12.00810.1016/j.jeurceramsoc.2019.12.008 ↗
15. 10.1103/PhysRevMaterials.4.10441110.1103/PhysRevMaterials.4.104411 ↗
16. 10.1016/j.scriptamat.2020.07.00210.1016/j.scriptamat.2020.07.002 ↗
17. 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.12.04710.1016/j.jeurceramsoc.2022.12.047 ↗
18. 10.1016/j.matlet.2017.12.14810.1016/j.matlet.2017.12.148 ↗
19. 10.1111/jace.1857610.1111/jace.18576 ↗
20. 10.1016/j.ceramint.2022.04.31810.1016/j.ceramint.2022.04.318 ↗
21. 10.1016/j.ceramint.2019.03.22110.1016/j.ceramint.2019.03.221 ↗
22. 10.1002/anie.20191217110.1002/anie.201912171 ↗
23. 10.1016/j.jallcom.2018.11.04910.1016/j.jallcom.2018.11.049 ↗
24. 10.1021/acsami.0c1316110.1021/acsami.0c13161 ↗
25. 10.1038/s41467-023-37034-610.1038/s41467-023-37034-6 ↗
26. 10.1103/PhysRevMaterials.2.06040410.1103/PhysRevMaterials.2.060404 ↗
27. 10.1016/j.jmst.2019.05.05410.1016/j.jmst.2019.05.054 ↗
28. 10.1016/j.scriptamat.2019.04.01810.1016/j.scriptamat.2019.04.018 ↗
29. 10.1039/C6TA03249D10.1039/C6TA03249D ↗
30. 10.1002/pssr.20160004310.1002/pssr.201600043 ↗
31. 10.1039/D1CP03946F10.1039/D1CP03946F ↗
32. 10.1021/acs.jpclett.0c0060210.1021/acs.jpclett.0c00602 ↗
33. 10.1016/j.matdes.2021.10953410.1016/j.matdes.2021.109534 ↗
34. 10.1038/s41560-023-01300-010.1038/s41560-023-01300-0 ↗
35. 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.01.02710.1016/j.jeurceramsoc.2021.01.027 ↗
36. 10.1063/5.000314910.1063/5.0003149 ↗
37. 10.1016/j.jallcom.2017.02.07010.1016/j.jallcom.2017.02.070 ↗
38. 10.1002/anie.20220114610.1002/anie.202201146 ↗
39. 10.3390/jcs512031110.3390/jcs5120311 ↗
40. 10.48550/arXiv.2304.0074310.48550/arXiv.2304.00743 ↗
41. 10.1016/j.ssi.2022.11608710.1016/j.ssi.2022.116087 ↗
42. 10.1016/j.aca.2009.06.01510.1016/j.aca.2009.06.015 ↗
43. 10.1016/S0169-7439(02)00045-X10.1016/S0169-7439(02)00045-X ↗
44. 10.3390/foods1005112810.3390/foods10051128 ↗
45. 10.1111/joss.1218210.1111/joss.12182 ↗
46. 10.3390/molecules19101667210.3390/molecules191016672 ↗
47. 10.1111/joss.1200510.1111/joss.12005 ↗
48. 10.1002/fsn3.176410.1002/fsn3.1764 ↗
49. 10.1016/j.est.2020.10198110.1016/j.est.2020.101981 ↗
50. 10.1016/j.fuel.2018.01.12410.1016/j.fuel.2018.01.124 ↗
51. 10.1038/s41467-022-30674-010.1038/s41467-022-30674-0 ↗
52. 10.1016/0169-7439(94)00076-X10.1016/0169-7439(94)00076-X ↗
53. 10.1080/00401706.2000.1048597810.1080/00401706.2000.10485978 ↗
54. 10.1016/j.chemolab.2018.04.01710.1016/j.chemolab.2018.04.017 ↗
55. 10.1016/S0025-5408(96)00184-510.1016/S0025-5408(96)00184-5 ↗
56. 10.1016/0022-1902(68)80435-X10.1016/0022-1902(68)80435-X ↗
57. 10.1016/S0025-5408(96)00184-510.1016/S0025-5408(96)00184-5 ↗
58. 10.1515/ijmr-1996-87070910.1515/ijmr-1996-870709 ↗
59. 10.1016/0040-6031(91)87109-A10.1016/0040-6031(91)87109-A ↗
60. 10.1007/s11669-010-9720-x10.1007/s11669-010-9720-x ↗
61. 10.1111/j.1151-2916.1986.tb07444.x10.1111/j.1151-2916.1986.tb07444.x ↗
62. 10.1021/ja01652a01310.1021/ja01652a013 ↗
63. 10.1016/j.jssc.2009.04.03510.1016/j.jssc.2009.04.035 ↗
64. 10.1021/cm300519810.1021/cm3005198 ↗
65. 10.1016/0022-1902(71)80006-410.1016/0022-1902(71)80006-4 ↗
66. CAT (Chemometric Agile Tool). http://www.gruppochemiometria.it/index.php/software/19-download-the-rbased-chemometric-software (accessed 2023-03-17).
67. 10.1107/S002188981300353110.1107/S0021889813003531 ↗
68. 10.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.11810.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.118 ↗