不用严苛条件，靠激光就能“炼”出新材料？安徽师大联合中科大做到了！他们利用激光辐照带来的等离激元光热效应和热电子效应，成功创制出亚纳米级高熵合金，相关研究于10月15日登上《自然・材料》。

作为合金界的“超级新星”——高熵合金。一听这名字就知道它不简单，那它到底特殊在哪呢？和我们熟悉的那些合金又有什么不一样？接下来，就让我们一起揭开高熵合金神秘的面纱！

高熵合金：多元素的奇妙融合

在材料世界里，合金向来是“强强联合”的代表——把不同金属（有时还加入非金属）的优点整合起来，性能远超单一金属。

而高熵合金，就是合金家族里颇具“个性”的特殊成员。

它还有多主元合金、成分复杂合金等别称，最初被定义为含五种及以上元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的合金，且每种元素的原子百分比在5%~35%之间。随着对高熵合金的深入研究，目前三元和四元的近等摩尔比材料也被定义为高熵合金。

高熵合金最核心的特征是“高配置熵”，通常能达到1.5R以上（R 为气体常数）。

多种元素的巧妙组合，让高熵合金拥有了不少独特本领，晶格畸变效应、缓慢扩散效应、鸡尾酒效应等物理化学特性，赋予了它优异的催化活性、耐腐蚀性、热稳定性和化学稳定性，在众多领域都展现出潜力。

近年来，颗粒尺寸低于2纳米的亚纳米级高熵合金更是成了“香饽饽”—— 它能大幅提升贵金属的利用率，解决了传统贵金属材料成本高、浪费多的难题。比如由金、铂、钌、铑、铱五种金属组成的亚纳米级高熵合金，当它作为催化剂用于电解水时，表现非常出色。

在质子交换膜电解槽中，无论是作为阴极还是阳极催化剂，活性和稳定性都明显超过商业铂碳催化剂、二氧化钌催化剂，即便在2安培/平方厘米的大电流密度下，也能稳定电解水超过1200小时，为电解水产氢技术的发展注入了强劲动力。

高熵合金诞生记：从冷门到热门

高熵合金的诞生，就像一部充满曲折与惊喜的科学传奇大片。

故事要从18世纪后期说起。当时，德国有一位叫Franz Karl Achard的科学家，在做课题研究时，突发奇想地开展了一项创新性研究——制备一系列包含5到7种元素的多组分合金 。

他满心期待着这些“特殊合金”能带来惊喜，可现实却给他泼了一盆冷水。这项意义非凡的研究成果，几乎被世界各地的冶金学家忽视，这也导致了高熵合金发展的中断。

时光飞逝，一晃来到了20世纪90年代，科学的舞台上终于迎来了转机 。

1993年，英国剑桥大学的科学家提出了著名的“混乱原理”，他觉得合金材料的熵越高，就越容易形成一种非晶态的结构，就像把一堆杂乱的积木随意摆放，最后可能会形成一种不规则但独特的造型。与此同时，台湾学者叶均蔚等人也脑洞大开，提出了新颖的合金设计思路，他们想要设计一种具有多个组元、高混合熵的合金，并给它取了个响亮的名字——高熵合金 。

不过，科学的探索之路从来都不是一帆风顺的，高熵合金也不例外。

在设计思路提出之后，相关的研究结果一直没有发表。

直到 2004 年，英国的Cantor 教授在熔炼一组高混合熵的合金时，意外发现合金并没有形成预期的非晶态结构，反而出现了许多脆性的晶态相。这一实验结论与 “混合原理” 背道而驰，却有力地证实了叶教授的设计理念 。

这一惊奇的发现，就像是一道曙光，正式为高熵合金的诞生拉开了帷幕 。针对这一有趣的现象，北京科技大学的张勇教授进行了理论解释，为高熵合金的发展提供了坚实的理论研究基础 。从此，高熵合金这个 “科学新星” 逐渐崭露头角，成为合金材料界的焦点 。

2014 年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的罗伯特瑞奇与橡树林国家实验室的伊索乔治联合发现，由铁、锰、镍、钴和铬组成的合金，在低至液氮温度（-200℃）的极端环境下，反而展现出更加优异的塑性 。这一突破性的发现，进一步拓展了人们对高熵合金应用的认知，让高熵合金的发展之路越走越宽广 。

高熵合金在航空航天领域的应用

在航空航天领域，对材料的性能要求极为严苛，而高熵合金凭借杂质元素含量低、晶粒细、机械性能优异的特点，以及出色的高温性能与耐腐蚀性，能够满足各类复杂工况下的应用需求，因此在该领域得到了广泛应用。

航空航天领域：高熵合金因其优异的耐腐蚀性和高强度、高硬度的特点，被广泛应用于航空发动机、航空航天设备等领域。

1、航空发动机部件

航空发动机作为飞行器的 “动力核心”，其内部部件需长期承受高温、高压与高应力的考验，高熵合金恰好能适配这一需求。它可用于生产喷气发动机的高温叶片、内衬、燃烧室和涡轮等关键部件 —— 高温叶片在千摄氏度以上的环境中需保持结构稳定，高熵合金的高温耐受性可避免叶片形变；燃烧室与涡轮直接接触高温燃气，其耐腐蚀性与高强度能减少燃气侵蚀，延长部件使用寿命，进而提升发动机的可靠性，降低故障发生的概率。以燃气涡轮为例，其内部高速旋转的零部件面临极端严苛的工作环境，高熵合金的优异性能正是保障这些部件安全可靠运转的关键。

2、航空航天结构部件

飞机机身、飞行器外壳、发动机护板、气闸及各类航空器组件，既需要具备轻质特性以降低飞行能耗，又需拥有高强度来抵御气流冲击与外部载荷，同时还要能抵抗高空复杂环境的腐蚀。高熵合金兼具轻质、高强度与优秀耐腐蚀性，完全符合这些要求。用它制造飞机机身和飞行器外壳，能在保证结构强度的前提下减轻整体重量，提升飞行效率；发动机护板可依靠其性能隔绝外部杂物撞击与发动机热量传导；气闸等组件则能凭借耐腐蚀性，抵御高空紫外线、湿度变化带来的损耗，满足航空航天领域对安全与耐用性的严格标准。

3、航空电子部件

航天器的电子部件与卫星设备，长期工作在宇宙真空、高低温剧烈交替、强辐射的极端环境中，对材料的稳定性、抗干扰能力与使用寿命要求极高。高熵合金能够为这些设备提供可靠支撑，它不仅能让电子部件拥有更高的可靠性和更长的工作寿命，还能在极端条件下保持良好的稳定性与抗干扰能力，有效减少环境因素对设备性能的影响，为航天器电子系统的稳定运行保驾护航。

高熵合金的无限可能

高熵合金的研究，无疑是材料科学领域中极具前瞻性与开拓性的探索，其学术研究价值与应用潜力正逐渐崭露头角，为我们开启了一扇通往全新材料世界的大门 。

从学术研究的角度来看，高熵合金独特的组织特征和性能，为材料科学理论的发展注入了全新的活力 。其复杂的多元素体系，打破了传统合金以单一或少数元素为主的设计理念，促使科学家们重新审视和完善合金化理论 。

在应用领域，随着飞机发动机用的高温合金和大块金属非晶材料中合金元素种类越来越多、含量越来越高，高熵合金的研究有望为这些重要材料的发展提供强有力的理论指导 。

高熵合金的发展，不仅为高科技产业的创新提供了关键材料支持，也为传统合金工业的升级改造带来了新的机遇。通过引入高熵合金技术，传统合金工业可以开发出性能更优异、附加值更高的产品，提高自身在市场中的竞争力。

随着中国科研团队成功创制出亚纳米级高熵合金，高熵合金的发展迎来了新的里程碑，也让我们对它的未来充满了无限的遐想和期待。

高熵合金就像一颗刚刚破土而出的幼苗，虽然还很稚嫩，但却蕴含着无限的生机与潜力。

随着科研人员的不断探索和创新，相信在未来，高熵合金将会在更多领域得到广泛应用，为我们的生活带来翻天覆地的变化。

让我们满怀期待，共同见证高熵合金创造更多的奇迹，开启一个全新的材料科学时代！

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