1. opprinnelse til navnet
Som en stigende stjerne innen legeringsmaterialer, er fødselen av høye entropi-legeringer (HEAS) nært knyttet til begrepet entropi . Men hva er egentlig entropi? Før vi avduket mysteriene med høye entropi-legeringer, la oss først utforske verdenen av entropi .
Entropibegrepet ble introdusert av den tyske fysikeren Rudolf Clausius i 1865. i termodynamikk, entropi er en parameter som beskriver graden av lidelse i et system-jo større lidelsen, jo høyere er entropien .}}
For bedre å forstå dette konseptet, la oss bruke en kroppsøvingsklasse (PE) som et eksempel:
Lav-entropi-tilstand: Når alle studenter bruker samme uniform med bare noen få unntak, står i pene rader og utfører oppvarmingsøvelser i en kompakt formasjon, deres bevegelsesområde er begrenset, og entropien til systemet er lav .
Høytropi-tilstand: Når studenter har på seg en rekke antrekk, spredt etter at formasjonen er avskjediget og driver med gratis aktiviteter, øker bevegelsesområdet, og klassen blir mer forstyrret, noe som resulterer i en høy-entropi-tilstand .
Analogi kan vi tenke på hver student som en atomenhet i en legering . Når atomer er ordnet på en ryddig måte, lik studenter som står i formasjonen, er legeringssystemet i en lav-entropy tilstand . Omfang, når atomer er tilfeldig distribuert og flytting free, systemet en høyhjertning er rent og flytting og flytting av systemet er en high thom}.
Sammenlignet med konvensjonelle legeringer, har denne nykommeren i legeringsverdenen en høyere entropiverdi . Derfor er materialforskere navngitt den med høy entropi-legering . i denne sammenhengen, "High Entropy" refererer til den høye graden av kjemisk eller topologisk forstyrrelse ved den atomen, som betyr atomet som atomet, som betyr atomen, som betyr at den er en topologisk eller topologisk Vi har introdusert konseptet med høye entropi-legeringer, la oss utforske hvordan dette fascinerende materialet ble oppdaget .
2. Oppdagelsen av høye entropi-legeringer
Grunnlaget for å oppdage høye entropi-legeringer ble lagt allerede på slutten av 1700-tallet . tysk forsker og metallurgist Franz Karl Achard gjennomførte en innovativ studie der han utarbeidet en serie multi-komponent legeringer som inneholdt fem til syv elementer .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} Worldwide .
Det var først i 1963 at professor Cyril Stanley Smith (Smith, 1963) la merke til og rapporterte denne forskningen . basert på eksisterende eksperimentelle poster, det antas nå at dette var en av de tidligste studiene relatert til høye-entropi-legeringer .
På grunn av mangel på oppmerksomhet, stoppet fremgangen med høye inngrepslegeringer i flere tiår . Det var ikke før i 1990-tallet at interessen for høye entropi-legeringer ble reignert . i 1993, foreslo forskere ved universitetet med å være overfor all {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{ Strukturer . Omtrent på samme tid introduserte taiwanesiske lærde Yeh Jien-Wei og teamet hans en innovativ legeringsdesignkonseptdesignende legeringer med flere hovedelementer og høye blandingsentropi, som de kalte høye-entropi-legeringer .
Imidlertid tar vitenskapelig fremgang ofte tid . Til tross for introduksjonen av dette konseptet, forble relaterte forskningsresultater upublisert i årevis .
Til slutt, i 2004, gjennomførte professor Cantor fra Storbritannia et eksperiment der han smeltet en høyblanding-entropi-legering . overraskende, i stedet for å danne den forventede amorfe strukturen, utviklet legeringen flere sprøe, men bekreftet, Offisielt markerte fødselen av høye entropi-legeringer .
For å forklare dette fascinerende fenomenet ga professor Zhang Yong ved University of Science and Technology Beijing teoretisk innsikt, og la grunnlaget for videre forskning på Heas . siden den gang har høye-entropi-legeringer dukket opp som en skinnende stjerne i feltet av legeringsmaterialer .}}}}}}}}}}}}}}
Når forskningsentusiasme vokser, har konseptet med høye entropi-legeringer raskt utvidet seg til relaterte felt som:
Keramikk med høy entropi
Høytropi tynne filmer
Høytropi-stål
Superlegeringer med høy entropi
Al-MG-baserte høye entropi lette legeringer
Høytropi harde legeringer
3. unike egenskaper ved høye entropi-legeringer
High-entropy-legeringer introduserer et nytt perspektiv i legeringsdesign, basert på konfigurasjonsentropiprinsippet .
(1) Sammensetningskarakteristikker
HEA -er innlemmer flere hovedelementer for å innføre kjemisk lidelse, uten noe enkelt dominerende element . I motsetning til tradisjonelle legeringer, som vanligvis har et primært baseelement, består HEAs av flere hovedlegeringselementer . viktige egenskaper for HEA -sammensetningsdesign inkluderer:
1. legeringen må inneholde minst fem forskjellige elementer .
2. Atomprosenten av hvert element må være mellom 5% og 35% .
(2) Utviklingskarakteristikker
Etter hvert som forskningen utvikler seg, har konseptet med høye entropi-legeringer utviklet seg gjennom tre hovedtrinn:
Første generasjons HEA:
Består av fem eller flere legeringselementer .
Elementer er likeverdige (like atomforhold) .
Struktur: Enfasekompleks Solid løsningslegering .
Andre generasjons HEAS:
Består av fire eller flere legeringselementer .
Ikke-ekviatomiske elementforhold .
Struktur: Dual-fase eller multifasekompleks Solid løsningslegering .
Tredje generasjons HEAS:
Utvidet til tynnfilmer og keramikk med høyt entropi .}}}
(3) Strukturelle egenskaper
Til tross for deres flere elementære komponenter, danner typisk legeringer med høy entropi typisk relativt enkle fasestrukturer ved størkning . en tilfeldig oppløst fast løsning er den karakteristiske strukturen til HEAS, ofte viser:
Ansiktssentrerte kubikk (FCC) strukturer
Kroppssentrerte kubikk (BCC) strukturer
Sekskantede nærpakkede (HCP) strukturer
I tillegg kan amorfe faser også dannes i noen Heas .
Konklusjon
High-entropy-legeringer representerer et revolusjonerende fremskritt innen legeringsmaterialer . deres unike komposisjon, ny designtilnærming og lovende egenskaper gjør dem svært verdifulle for neste generasjons strukturelle og funksjonelle materialer, {}}} med pågående forskning, has-industrielle rolle i applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner fra applikasjoner og automatisk rolle i applikasjoner og en kritisk rolle i applikasjoner og automatisk rolle i applikasjoner og automatisk rolle i applikasjoner og automatisk rolle. felt .
Figur 1 Fasestruktur av høy entropilegering
(4) Bekreftede ytelsesegenskaper
Forskning har vist at høye entropi-legeringer (HEAs) har mange overordnede egenskaper sammenlignet med tradisjonelle legeringer . For tiden har fem store ytelseseffekter av HEAer blitt vitenskapelig bekreftet:
1. lav stabling av feilenergi
2. termisk stabilitet
3. strålingsmotstand
4. korrosjonsmotstand
5. Avbøtning av ytelsesavveiningseffekten
{{0} år
De unike designprinsippene for høye entropi-legeringer gir dem en rekke fremragende egenskaper, inkludert utmerket mekanisk ytelse med lav temperatur, korrosjon og slitasje, høye temperaturstabilitet og eksepsjonelle myke magnetiske egenskaper . disse fordelene gir heashøyde til å utforske alle-nato-tastene til å utforske noen. evner .
(1) Myke magnetiske materialer med høy entropi
Myke magnetiske materialer karakteriseres ved å oppnå maksimal magnetisering med minimale eksterne magnetfelt . De er enkle å magnetisere og demagnetisere, noe som gjør dem mye brukt i elektrisk og elektronisk utstyr .
Studier har vist at visse høye-entropi-legeringssystemer viser utmerkede myke magnetiske egenskaper . I tillegg er de med på
(2) Legeringsmaterialer med høy temperatur
Legeringer med høy temperatur er metallmaterialer som kan fungere under høye temperaturer og spesifikke stressforhold for lengre perioder . Disse legeringene krever:
Eksepsjonell styrke med høy temperatur
Utmerket oksidasjon og termisk korrosjonsmotstand
God utmattelsesmotstand og bruddseighet
De er uunnværlige for motorens hot-end-komponenter . forskning indikerer at høye entropi-legeringer viser bemerkelsesverdig termisk stabilitet og oksidasjonsmotstand ved forhøyede temperaturer . Dette gjennombruddet gir nye muligheter for å utvikle komponenter som fungerer i ekstreme miljøer, som: som: som::
Motorturbinblader
Høytemperatur ingeniørmateriell
(3) Hard verktøybelegg
Hard verktøybelegg innebærer å deponere en høyhardhet, slitasje-legerings tynn lag på skjæreverktøyoverflater for å beskytte sving, fresing, høvling og slipeverktøy . Den høye hardheten og styrken til Heas gjør dem ideelle kandidater for slike belegg, effektivt enhancing verktøyets ytelse og langvarig {3}
(4) Høytropi fototermiske konverteringsmaterialer
Fototermisk konvertering refererer til prosessen med å konsentrere solstrålingsenergi gjennom refleksjon, absorpsjon eller andre mekanismer for å oppnå tilstrekkelig høye temperaturer og oppfylle forskjellige energikrav .
På grunn av de tøffe serviceforholdene for fototermiske materialer, må de utvise:
Utmerket stabilitet med høy temperatur
Overlegen korrosjonsmotstand
Lav termisk ekspansjonskoeffisient
Sterk værmotstand
Studier har vist at tynnfilmer med høy entropi har enestående korrosjonsmotstand og høye temperaturstabilitet, noe som gjør dem svært lovende for å forbedre fototermisk konverteringseffektivitet og fremme solenergiapplikasjoner .
Figur 2: Varmeinnsamlingsrør med fototermisk omformer
(5) Lette høye entropilegeringsmaterialer
Lettvekting er en viktig retning for utvikling av fremtidige materialer . De siste årene har også høye entropi -legeringer blitt studert for lette materialer og har begynt å bli kommersialisert . Vanlige eksempler inkluderer mobiltelefoner, mobiltelefonkortspalter og andre presisjonsdeler .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Figur 3 Stempling av mobiltelefonveske
(6) Andre applikasjoner
High-entropy-legeringer har også et stort potensial på flere andre felt, inkludert:
Sveisematerialer med høy entropi
Lavaktivering av høy entropi-legeringer
Muggmaterialer
Katalytiske materialer
Halvlederdiffusjonsbarrierelag
5. Fremtiden til høye entropi-legeringer
Hvordan kan høye-entropi-legeringer (HEA) videreutvikles? Dette spørsmålet er en primær bekymring for forskere når de fremmer en ny klasse av materialer . å velge riktig forskningsretning er avgjørende for å oppnå maksimal fremgang med minimal innsats, slik at HEA kan spille en mer viktig rolle i dagliglivet og nasjonale forsvarsapplikasjoner .
Når vi ser fremover, er det to viktige utviklingsretninger som fortjener mest oppmerksomhet:
(1) Å identifisere den mest kostnadseffektive ytelsesregionen
Fra tradisjonelle legeringer til legeringer med høyt inngrep, har materialer utviklet seg langs en trend med å øke entropi . imidlertid, eksperimentelle resultater indikerer at forholdet mellom blanding
Blindt forfølger høyere entropi garanterer ikke ubegrenset optimalisering av materialegenskaper . dessuten, når entropi øker, så gjør antallet konstituerende elementer, noe som direkte øker produksjonskostnadene for legeringen.} som fokuserer på å fokusere utelukkende med å få en økning i den ytelsen til å øke. investeringen og utfallet . "
I henhold til statistiske analyser er den mest kostnadseffektive regionen ikke i det høye entropi-legeringsdomenet, men snarere ved grensen mellom medium-entropi-legeringer og høyinntrengningslegeringer . Denne regionen inkluderer materialer som:
Høytemperaturlegeringer
Amorfe legeringer
Rustfrie stål
Medium-entropi-legeringer
Disse materialene gir en bedre balanse mellom kostnad og ytelse, noe som gjør denne overgangsregionen til et kritisk område for fremtidig materialutvikling .
Figur 4 "Kostnadseffektivitet" av legeringsmaterialer
(2) Utvikle forskningsmetoder med høy effektivitet
High-entropy-legeringer (HEAS) viser fremragende mekaniske egenskaper, høye temperaturmotstand, slitestyrke og korrosjonsmotstand, noe Egenskapene deres følger ikke et lineært forhold til entropi . som et resultat, er det umulig å designe høypresterende multikomponentmaterialer basert utelukkende på å blande entropi .
Materiell design og utvikling er en tidkrevende prosess, så forbedring av forskningseffektivitet er en nøkkelfaktor for å akselerere avansementet av HEAS .
Rollen som høy gjennomstrømningsteknologi
I denne sammenhengen blir adopsjonen av teknologi med høy gjennomstrømning (HT) essensiell . Men hva er egentlig høy gjennomstrømningsteknologi, og hvordan kan den akselerere materialutvikling?
Hvis vi sammenligner legeringsmaterialer med et hav og utvikling av nye legeringssystemer til fiske, er tradisjonelle forberedelsesmetoder som fiske med en stang, der forskere bare kan skaffe ett legeringssystem om gangen . denne "one-at-a-time" -tilnærmingen reduserer materialforskning.}}
Tenk deg om forskere kunne kaste et nett i stedet for å bruke en fiskestang, slik at de kan fange opp flere legeringssystemer i et enkelt forsøk . Denne tilnærmingen vil styrke forskningseffektiviteten . High-throughput-teknologi følger et lignende prinsipp, og muliggjør parallell forberedelse av flere all-all-systemer, således dramatisk DRAMAtisk DRAMA-DRAMAL-utvikling av demoy-systemer som er DRAMT for å utvikle den parallelle forberedelsen av high-through-gjennomgangsteknologi.
En lys fremtid for legeringer med høy entropi
Heas er i en rask vekstfase, med Kina som fremstår som en viktig styrke i global forskning . i dag, som den stigende stjernen i materialvitenskapsfeltet, fortsetter HES å tiltrekke seg oppmerksomheten til forskere over hele verden .}}}}}}}}}}
Selv om det gjenstår mange utfordringer, har de ikke avskrekket forskere fra å presse frem . som en ny grense i legeringsmaterialer, har Heas et enormt potensial og lover for fremtiden . Mysteriene deres venter på å bli avslørt, og deres muligheter er ubegrensede-er klar til å utforske deres ukjente glans?