清華葉均蔚突破材料學迷思 開創"金屬調合學"新領域

新網記者麻念台台北報導
2016/6/3 下午 12:33:32 / 科技新知

　過去幾千年來，人類製造合金皆以鐵、鋁等某一種金屬為主，再添加少量其他金屬，以改善性質，若添加多種且大量的其他金屬，所得合金勢必很脆。

　這種迷思被清華大學材料工程系教授葉均蔚所推翻，2004年首先發表混合5、6種以上等比例金屬，由實驗證明可得到性能優秀的合金，在科技部經費長期支持下，研究團隊開創全新的材料研究及應用領域，翻轉傳統合金概念的高熵合金也因而受到最高點數的期刊注意，在5月19日出版的《自然》(Nature)期刊作〈多元金屬合成的更強更韌更延合金〉專題報導。

　葉均蔚在11年前發表的第一代高熵合金，含5種以上金屬元素，每種元素以相同比例的原子數混合而成，變得更強（抗折斷）、更韌（抗變形），且耐高溫、腐蝕、輻射、磨擦。7年前開始，他進而發表第二代進化版高熵合金，每種元素的原子數以不同比例調配，證明性能可更優於第一代的高熵合金。

　高熵合金帶來了全新的材料科技，葉均蔚表示，傳統合金幾乎都以某一金屬元素為主，添加少量的其他元素，比如在鐵中加0.02～2%的碳成為碳鋼，鐵加18%的鉻、8%鎳成為304不銹鋼，鋁合金的鋁至少在80%以上，這種少量添加的合金概念受限於傳統合金觀念，認為其他金屬的添加量越多，就會合成越多的脆性化合物，令合金變脆、易碎，甚至無法合成，所以即使有人想過也不敢再越雷池。

　他說，將4或5種金屬以等比例混合在一起，這樣不同元素原子可能的排列方式就會大幅增加，產生無序或高熵(high entropy)效應，促進每個元素原子在原子層之間隨機散佈，而抑制相異原子排列有序的脆性化合物，使材料反而得到韌性。因為多元素的混合，帶來大家忽略的高熵效應，因此葉均蔚將此類合金取名為高熵合金(high entropy alloys)，葉均蔚就造出硬度超過不鏽鋼、且可耐攝氏1千度而不軟化的新合金，翻轉了人類有史以來製造合金的概念。

　葉均蔚指出，突破了傳統合金的性能及使用壽命限制，高熵合金的應用潛力驚人。過去10年來，常見性能優異的高熵合金被發表，突破傳統材料的許多瓶頸，已指日可待。例如可耐攝氏1,150度C以上效率再提升4%噴射引擎葉片及零件、超高壽命的刀具模具、超硬及抗沾黏鍍膜、耐高溫（900度C）耐輻射損傷的新一代核電廠材料、-60～＋200度C極低電阻溫度係數的薄膜電阻、室溫或更高溫的超導材料、耐磨耐刮的手機外殼等。「有了更輕、耐高溫的高熵合金以及超導材料，有一天我們也能造出類似飛碟的碟型飛行器。」