5月18日，Nature封面報道了新加坡自由撰稿人XiaoZhi Lim的一篇題為《Mixed-up metals make for stronger, tougher, stretchier alloys》（混合金屬制造更強、更硬、更具延展性的合金），介紹了高熵合金的相關進展。

    高熵合金概念由臺灣科學家葉均蔚于1995年提出的。高熵合金含有多種主要元素，每種元素介于5%-35%之間。傳統金屬則是以一種元素為主，而高熵合金是多元素共同作用的結果。所以高熵合金是一種顛覆數千年以來的合金制備方法。與傳統合金相比，高熵合金表現出更高的強度、硬度、耐磨性、耐腐蝕、耐輻照等等。

    但是，高熵合金的機理及其科學問題尚未得到很好的理解。目前的高熵合金體系也只是通過"雞尾酒"方法調配而成， 還沒有科學系統的選擇合金元素的理論。  制造合金的標準配方技術從遠古鑄劍到制造現代制造發動機引擎葉片一直在沿用，也就是將有用的金屬進行一系列混合從而提升性能的方法工藝，例如在鐵中加碳制成鋼。

    咋眼一看，整個結構看起來是一個摩天大樓模型。實際上這個像是在建造一個微型景觀的設備是位于Lowa的美國Ames國家實驗室建造的。

    但Ames的設備正在制造高熵合金實驗樣品，它由四個、五個，甚至更多的元素以嚴格的相同的比例混合而成。這種簡單的配方可以出產那些比傳統材料更輕、更強的合金，并且更耐腐蝕、耐輻照等等。最終，研究者們希望這個方法能夠出產與以往完全不同的磁性或電性能的合金，并形成新一代技術。

    Ames中的迷你摩天樓意味著另一種更系統化的方法。Ames的設備可在不到一個小時內建造30個合金柱，每一個的原材料只有細微的差別，如此研究者們可以快速的測試合金的性能。

    Ames材料科學家Matthew Kramer正在主導一個研究：尋找可以抵御高溫和腐蝕的高熵合金，以幫助火電廠在高溫下更有效運作。

    而協助他的團隊的是Ames的理論學家Duane.在1995年，Johnson發明了一套運算法則，在傳統合金制造出來之前預測性能。2015年，他擴展了適用高熵合金的運算法。Johnson的法則評定一個元素到何種程度就會被另一個吸引或者排斥，然后利用這個信息預測元素的混合是形成化合物、固溶體或兩者都有。如此讓Kramer的團隊確定哪種合金值得一試，進而實驗數據反饋給程序以修正，提高準確性。

    Nature系列對高熵合金的解讀：

    帕特森空軍基地實驗室材料科學家Daniel Miracle認為""我們并不是在談論一種材料，而是上升到如何混合元素的哲學。"去年，他和同事們估計過從一組26個元素中，抽取3、4、5、6種金屬元素等量混合，可得到大約313560種合金。更大的數量的合金可以擴展元素的選擇得到。

    高熵合金的想法是1995年Jien-Wei Yeh提出來的。Yeh認為，傳統合金的物理性能已經得到了很好的研究，在原子層面上，純金屬有規律的晶體結構，由理想原子一層堆一層堆出。有時，這些層相互之間很容易滑動，表現到金屬就是非常軟而不能用。這就是純金僅僅只能用在珠寶上。但是金屬中添加了不同原子尺寸的元素之后，加入者隨機地阻止原子層，降低了滑動趨勢，從而創造了更硬的合金。精確的混合物可以讓冶金學家調控諸如腐蝕性能或者熔點等等性能。

    但是Yeh同樣提示了潛在的復雜性。如果太多的元素加入進去，原子相對于層而言不再隨機，進而轉變成主要金屬原子，成為規律性排布，讓混合物變脆。

    因此，這給了他一個觀點，與其一種主要材料混合少量的一到兩個元素，為什么不用四到五個甚至更多的元素以相同的比例混合？不同的原子有大量的可能性排列，從而導致錯亂，或者高熵，如此消除了任何形成規律性能晶體結構的傾向。因為每一種隨意的混合元素都是不同尺寸的，不太可能相互滑動，從而創造出非常硬的材料。

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責任編輯：周婭

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