潛力無窮的高熵合金

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突破合金材料極限!中研院研發「超彈性高熵合金」助攻高精密元件 – 科技新報發布於2022年3月10日

高熵合金High-entropy alloys)一詞源於多組分合金的高度內部無序。在傳統合金配方中,當幾種金屬結合時,焓會驅使它們形成硬而脆的金屬化合物。高熵概念在2014年開始嶄露頭角,清華大學葉均蔚教授提出添加多種元素及添加量增高時所引入更多的內熵,其實對於金屬化合物的形成在能量上變得不那麼有利,高亂度效應更有利元素彼此混合而非化合,從而使所得合金沒有傳統混合物的缺點。基於合金可以有更多的組分元素,而且混合物的濃度可以變化,所以高熵合金的可能性組合實際上是無限的。這些概念震撼了已經相當成熟的冶金技術,從而開啟很多未知領域,並提供了大量潛在的新材料。

在諸多高熵合金中,組分中含有鉻、錳、鐵、鈷和鎳的版本廣被諸多學者研究,其在超冷溫度下變得更堅韌,該合金具有優異的低溫機械性能與斷裂韌性。例如在液氮溫度下,大多數其他材料變得更脆。這對於任何接觸超冷物質的部件都很重要,例如使用液氧的火箭之管道與低溫閥門所使用的金屬材料。另外,高熵合金可能具有其他有用的特性,比如劍橋麻省理工學院的冶金學家 Cem Tasan 對耐 氫脆 的材料特別感興趣。因為氫原子很小,很容易穿透許多韌性材料,這將使金屬變得更加脆弱,他所領導的研究小組發現高熵合金中的一些微觀結構機制可能對於抗氫脆性有所助益

研究人員或許還能夠找到具有磁性或優異耐腐蝕性等特性的新材料,東京都立大學 Yoshikazu Mizuguchi 研究團隊最近創造了一種鈷、鎳、銅、銠、銥和鋯的合金,該合金在 8 K溫度下表現出超導性,這個溫度雖然不高,但仍高於許多其他超導材料的溫度 → 超傳導物質研究室東京都立大學研發過渡金屬「混合物」,有助於製造全新超導體

有些科研人員則正在探索能製造更便宜、更有效的催化劑來改善化學反應 → 神經網路機器學習輔助開發高熵合金催化劑

發現高熵合金仍然是一個挑戰,科學家們從了解某些晶體結構如何產生特定物理特性的知識開始,並嘗試調整這些結構以改善這些特性,也可以透過電腦模擬計算出一些有用材料成分的熱力學模型。此領域正在迅速發展,目前研究人員每個月的發表論文有數百篇,預計這種成長將持續下去,畢竟有很多工程應用都需要新材料。→ Google Scholar “high entropy alloys”

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