https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101429

關鍵詞：高熵合金、納米結(jié)構(gòu)材料、高通量實驗、合成、表征

納米結(jié)構(gòu)材料因其獨特且優(yōu)異的性能備受關注。然而，在高溫條件下，其晶粒尺寸或相通常不穩(wěn)定，限制了其加工方法及工程應用。近年來，許多新型合金，特別是高熵合金（HEAs）及相關多組元合金，被報道具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和力學強度。然而，在廣闊的成分空間中篩選出兼具優(yōu)異力學性能與熱穩(wěn)定性的多組元合金是一項極具挑戰(zhàn)性的任務，目前仍主要依賴于耗時且低效的逐步試驗與誤差方法。因此，亟需高通量策略來加速新型納米結(jié)構(gòu)高熵合金（Ns-HEAs）的發(fā)現(xiàn)。隨著Ns-HEAs及高通量方法領域的快速發(fā)展，該研究方向蘊含著廣闊的探索空間。

多倫多大學鄒宇課題組的這篇綜述聚焦于過去二十年來關于Ns-HEAs的高通量制備、微觀結(jié)構(gòu)表征、相分析、成分測定、力學性能評估及熱穩(wěn)定性測試的相關研究。此外，文章還總結(jié)了近期可用于Ns-HEAs及相關多組元合金發(fā)現(xiàn)的高通量方法，并探討了各種高通量數(shù)據(jù)分析策略，如理論篩選、模擬計算及機器學習等。最后，本文總結(jié)了當前高通量方法在復雜合金加速發(fā)現(xiàn)中的研究進展、面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展機遇。

(a)傳統(tǒng)合金與高熵合金在應力-應變曲線中的機械性能對比。（b）納米晶高尚合計示意圖的示意圖。

(a)Ns-NbMoTaW高熵合金（HEA）在高溫下表現(xiàn)出比納米晶鎢更高的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。(b) 退火一小時后，不同納米晶合金體系的晶粒尺寸隨溫度變化的關系。

機器學習在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)預測中的應用。(a) 神經(jīng)網(wǎng)絡（NN）架構(gòu)及第一隱藏層中特征的權(quán)重矩陣。(b) 每個組成元素對應的穩(wěn)定五元固溶體數(shù)量。(c) 高熵合金（HEAs）硬度預測中各特征的皮爾遜相關系數(shù)。

高熵合金（HEA）研究中的組成空間與高通量方法。(a) 組成數(shù)目作為 HEA 體系中組分數(shù)的指數(shù)函數(shù)，以及相應的相圖。(b) 各種高通量制造方法的示意圖及其產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)的尺寸。

當前研究的挑戰(zhàn)與前景

由于結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多樣性，高通量方法的普適性應當被謹慎考量，尤其是在不同材料或設備的應用中。盡管如此，高通量策略的潛力仍為新型有用材料的加速發(fā)現(xiàn)提供了重要啟示，并推動了自主實驗系統(tǒng)的構(gòu)建。