1. Orijin nan non an
Kòm yon etwal k ap monte nan jaden an nan materyèl alyaj, nesans la nan alyaj-wo entropi (HEAs) se byen lye nan konsèp la nan entropi . men ki sa egzakteman se entropi? Anvan inogirasyon mistè yo nan alyaj-wo entropi, kite a premye eksplore mond lan nan entropi .
Te konsèp nan entropi prezante pa fizisyen Alman Rudolf Clausius nan 1865. Nan tèmodinamik, entropi se yon paramèt ki dekri degre nan maladi nan yon sistèm-pi gwo maladi a, pi wo a entropi a .
Pou pi byen konprann konsèp sa a, kite a sèvi ak yon edikasyon fizik (PE) klas kòm yon egzanp:
Eta ki ba-entropi: Lè tout elèv yo mete menm inifòm lan ak sèlman kèk eksepsyon, kanpe nan ranje pwòp, ak fè egzèsis cho-up nan yon fòmasyon kontra enfòmèl ant, ranje mouvman yo limite, ak entropi nan sistèm lan se ki ba .
High-Entropi Eta: Lè elèv yo mete yon varyete de ekip, dispèse apre yo fin fòmasyon an ranvwaye, ak angaje yo nan aktivite gratis, ranje a mouvman ogmante, ak klas la vin pi dezord, sa ki lakòz yon eta-wo entropi .
Pa analoji, nou ka panse a chak elèv kòm yon inite atomik nan yon alyaj . Lè atòm yo ranje nan yon fason lòd, menm jan ak elèv yo kanpe nan fòmasyon, sistèm nan alyaj se nan yon eta ki ba-antre . Kontrèman, lè atòm yo owaza ak {{{{
Compared to conventional alloys, this newcomer to the alloy world has a higher entropy value. Therefore, materials scientists named it high-entropy alloy. In this context, "high entropy" refers to the high℃of chemical or topological disorder at the atomic scale, meaning the atomic arrangement within the alloy is highly chaotic. Now that Nou te entwodwi konsèp la nan alyaj-wo antre, kite a eksplore ki jan yo te materyèl sa a kaptivan dekouvri .
2. Dekouvèt la nan alyaj wo-antre
Fondasyon an pou dekouvri alyaj wo-antre te mete kòm byen bonè nan fen 18yèm syèk la . syantis Alman ak metalurgist Franz Karl Achard fè yon etid inovatè nan ki li te prepare yon seri de milti-eleman alyaj ki gen senk a sèt eleman . sepandan, sa atravè lemond .
Li pa t 'jouk 1963 ke Pwofesè Cyril Stanley Smith (Smith, 1963) remake ak rapòte rechèch sa a . ki baze sou dosye eksperimantal ki egziste deja, li se kounye a kwè ke sa a te youn nan etid yo pi bonè ki gen rapò ak alyaj-wo entropi .}
Malerezman, akòz yon mank de atansyon, pwogrè sou alyaj-wo entropi bloke pou dè dekad . li pa t 'jouk ane 1990 yo ki enterè nan alyaj-wo entropi te reenite . nan 1993, syantis nan Inivèsite a nan Cambridge pwopoze "prensip konfizyon," Estrikti . Anviwon menm tan an, Taiwans Scholar Yeh Jien-Wei ak ekip li a entwodwi yon alyaj inovatè konsepsyon-konsepsyon alyaj ak plizyè eleman direktè lekòl ak segondè melanje entropi, ki yo te rele alyaj-wo entropi .}}
Sepandan, pwogrè syantifik souvan pran tan . Malgre entwodiksyon konsèp sa a, rezilta rechèch ki gen rapò ak rete pibliye pou ane .
Finalman, an 2004, Pwofesè Cantor soti nan UK a fè yon eksperyans nan ki li fonn yon alyaj segondè-melanje-entropi . Surprenante, olye pou yo fòme estrikti a antisipe amorphe, alyaj la devlope plizyè faz cristalline {{4} Ofisyèlman make nesans lan nan alyaj-wo antre .
Pou eksplike sa a fenomèn kaptivan, Pwofesè Zhang Yong nan Inivèsite a nan Syans ak Teknoloji Beijing bay Sur teyorik, tap mete fondasyon an pou plis rechèch sou heas . Depi lè sa a, alyaj-wo entropi te parèt kòm yon zetwal klere nan jaden an nan materyèl alyaj {{
Kòm antouzyasm rechèch ap grandi, konsèp la nan alyaj-wo entropi te rapidman elaji nan jaden ki gen rapò tankou:
Seramik segondè-entropi
High-entropy fim mens
Steel wo-entropi
Superalloys wo-antre
Al-Mg ki baze sou alyaj ki gen gwo entropi
High-entropi alyaj difisil
3. Karakteristik inik nan alyaj wo-antre
High-entropi alyaj entwodui yon pèspektiv roman nan konsepsyon alyaj, ki baze sou prensip la konfigirasyon entropi . Konpare ak alyaj konvansyonèl yo, HEAs prezante konsèp konsepsyon diferan ak pwopriyete inik . singularité yo ka konprann soti nan kat sa yo: kat aspè:
(1) Karakteristik konpozisyon
HEAs enkòpore plizyè eleman prensipal pou entwodwi maladi chimik, ki pa gen okenn sèl eleman dominan . Kontrèman ak alyaj tradisyonèl yo, ki tipikman gen yon eleman baz prensipal, HEAs konpoze de plizyè eleman alyaj pi gwo . karakteristik kle nan konsepsyon konpozisyon HEA yo enkli:
1. alyaj la dwe gen omwen senk eleman diferan .
2. Pousantaj atomik chak eleman yo dwe ant 5% ak 35% .
(2) karakteristik devlopman yo
Kòm rechèch ap pwogrese, konsèp nan alyaj-wo entropi te evolye nan twa etap prensipal:
Premye jenerasyon HEAs:
Konpoze de senk oswa plis eleman alyaj .
Eleman yo se Equiatomic (egal rapò atomik) .
Estrikti: sèl-faz konplèks solisyon solid alyaj .
Dezyèm jenerasyon HEAs:
Konpoze de kat oswa plis eleman alyaj .
Rapò eleman ki pa ekipe .
Estrikti: doub-faz oswa milti-faz konplèks solisyon solid alyaj .
Twazyèm-jenerasyon HEAs:
Elaji nan wo-antre fim mens ak seramik .
(3) karakteristik estriktirèl
Malgre plizyè eleman elemantè yo, alyaj wo-entropi tipikman fòme estrikti faz relativman senp sou solidifikasyon . Yon solisyon solid ki fonn owaza se estrikti nan karakteristik nan HEAs, souvan montre:
Figi-santre kib (FCC) estrikti
Estrikti Kib ki santre (BCC)
Exagonal fèmen-chaje (HCP) estrikti
Anplis de sa, faz amorphe ka tou fòme nan kèk heas .
Konklizyon
High-entropy alyaj reprezante yon avansman revolisyonè nan jaden an nan materyèl alyaj . konpozisyon inik yo, apwòch konsepsyon roman, ak pwopriyete pwomèt fè yo trè enpòtan pou pwochen-jenerasyon estriktirèl ak fonksyonèl materyèl . ak rechèch kontinyèl, heas yo atann pou yo jwe yon wòl kritik nan aplikasyon pou ak automèn ak automèn ak autom. Biomedikal jaden .
Figi 1 estrikti faz nan alyaj entropi segondè
(4) Karakteristik pèfòmans verifye
Rechèch te montre ke alyaj wo-antre (HEAs) posede anpil pwopriyete siperyè konpare ak alyaj tradisyonèl . Kounye a, senk gwo efè pèfòmans nan HEAs yo te syantifikman konfime:
1. ba anpile enèji fay
2. estabilite tèmik
3. rezistans radyasyon
4. rezistans korozyon
5. Kontwolè nan pèfòmans komès-off efè a
4. Aplikasyon Pratik: Ki kote alyaj wo-entropi klere
Prensip yo konsepsyon inik nan wo-antre alyaj ba yo yon seri de pwopriyete eksepsyonèl, ki gen ladan ekselan ki ba-tanperati pèfòmans mekanik, korozyon ak rezistans mete, segondè-tanperati estabilite, ak eksepsyonèl mou pwopriyete mayetik . avantaj sa yo bay Heas imans potansyèl nan jeni aplikasyon {{{ Kapasite .
(1) Materyèl mayetik ki wo-entropi
Materyèl mayetik mou yo karakterize pa reyalize mayetizasyon maksimòm ak minimòm jaden mayetik ekstèn . yo fasil pou mayetize ak demagnetize, fè yo lajman itilize nan ekipman elektrik ak elektwonik .
Etid yo montre ke sèten sistèm alyaj wo-entropi montre ekselan pwopriyete mayetik mou . Anplis de sa, yo ede simonte enpèfeksyon yo nan materyèl konvansyonèl mayetik mou, tankou pwopriyete pòv mekanik ak pèfòmans enstab {{2}
(2) Materyèl alyaj wo-tanperati
High-tanperati alyaj yo se materyèl metal ki ka opere anba tanperati ki wo ak kondisyon estrès espesifik pou peryòd pwolonje . alyaj sa yo mande pou:
Eksepsyonèl gwo tanperati fòs
Ekselan oksidasyon ak tèmik rezistans korozyon
Bon rezistans fatig ak severite ka zo kase
Yo se endispansab pou motè cho-fen eleman . rechèch endike ke alyaj-wo entropi montre remakab estabilite tèmik ak rezistans oksidasyon nan tanperati ki wo {{3}
Motè turbine lam
High-tanperati jeni materyèl
(3) penti zouti difisil
Penti zouti difisil enplike depoze yon wo-hardness, mete ki reziste kouch mens sou koupe sifas zouti pwoteje vire, fraisage, planing, ak fanm k'ap pile zouti {{2}
(4) Materyèl konvèsyon fototèrmik ki wo
Konvèsyon fototèrmik refere a pwosesis la nan konsantre enèji radyasyon solè nan refleksyon, absòpsyon, oswa lòt mekanism reyalize ase tanperati ki wo ak satisfè divès kalite demand enèji .
Akòz kondisyon yo sèvis piman bouk nan materyèl fototèrmik yo, yo dwe montre:
Ekselan estabilite segondè-tanperati
Rezistans siperyè korozyon
Ba koyefisyan ekspansyon tèmik
Fò rezistans move tan
Etid yo demontre ke alyaj wo-antre fim mens posede rezistans eksepsyonèl korozyon ak gwo tanperati estabilite, fè yo trè prometteur pou amelyore fototèrmik efikasite konvèsyon ak avanse aplikasyon pou enèji solè .
Figi 2: Chalè kolekte tib nan konvètisè fototèrmik
(5) Materyèl alyaj ki lejè segondè entropi
Lightweighting se yon direksyon enpòtan pou devlopman nan materyèl nan lavni . Nan dènye ane yo, alyaj entropi segondè yo te tou te etidye pou materyèl ki lejè epi yo te kòmanse yo dwe komèsyalize . egzanp komen yo enkli ka telefòn mobil, fant telefòn mobil ak lòt pati presizyon .}
Figi 3 Stamping telefòn mobil ka
(6) Lòt aplikasyon
Alyaj segondè-antre tou kenbe gwo potansyèl nan plizyè lòt jaden, ki gen ladan:
Materyèl soude wo-entropi
Ba-aktivasyon alyaj wo-entropi
Materyèl mwazi
Materyèl katalizè
Semiconductor difizyon baryè kouch
5. Future nan alyaj wo-antre
Kijan alyaj wo-entropi (HEAs) ka devlope pli lwen? Kesyon sa a se yon enkyetid prensipal pou syantis lè avanse yon nouvo klas nan materyèl . Chwazi direksyon rechèch la dwa se esansyèl pou reyalize pwogrè maksimòm ak efò minim, pèmèt HEAs yo jwe yon wòl pi enpòtan nan lavi chak jou ak aplikasyon pou defans nasyonal .
Gade devan, gen de direksyon devlopman kle ki merite atansyon ki pi:
(1) Idantifye rejyon pèfòmans ki pi efikas la
Soti nan alyaj tradisyonèl nan alyaj wo-antre, materyèl yo te evolye sou yon tandans nan ogmante entropi . Sepandan, rezilta eksperimantal endike ke relasyon ki genyen ant melanje entropi ak pèfòmans materyèl se linear . nan tèm senp, yon pi wo melanje entropy pa nesesèman tradui nan pi bon alyaj {
Blindly pursuing higher entropy does not guarantee unlimited optimization of material properties. Moreover, as entropy increases, so does the number of constituent elements, which directly raises the production cost of the alloy. This means that focusing solely on high entropy can lead to diminishing returns, where the increase in cost outweighs the performance benefits-a scenario of "losing both envestisman an ak rezilta a . "
Dapre analiz estatistik, rejyon ki pi pri-efikas se pa nan domèn alyaj wo-entropi men pito nan fwontyè ant alyaj medyòm-entropi ak alyaj wo-entropi . rejyon sa a gen ladan materyèl tankou:
High-tanperati alyaj
Alyaj amorphe
Asye pur
Alyaj medyòm-entropi
Materyèl sa yo ofri yon pi bon balans ant pri ak pèfòmans, fè rejyon tranzisyon sa a yon zòn kritik pou devlopman materyèl nan lavni .
Figi 4 "pri-efikasite" nan materyèl alyaj
(2) Devlope metòd rechèch materyèl segondè-efikasite
High-entropy alyaj (HEAs) montre eksepsyonèl pwopriyete mekanik, segondè-tanperati rezistans, rezistans mete, ak rezistans korozyon, fè yo trè pwomèt nan jaden divès . Sepandan, rechèch sou-wo alyaj fim se toujou nan premye etap yo, ak aplikasyon pou yo te fè yo, epi yo te fè yon ti jan nan travay yo, epi yo te fè yon ti jan nan travay yo, epi yo te mete yo nan travay yo, epi yo te mete yo nan travay yo, epi yo te mete yo nan travay yo, epi yo te fè yo nan yon travay ki gen bon jan pou yo te gen yon bagay ki te nan travay yo ki te gen yon bagay ki te gen. Konpozisyon, ak pwopriyete yo pa swiv yon relasyon lineyè ak entropi . kòm yon rezilta, li enposib nan konsepsyon-wo pèfòmans materyèl milti-eleman ki baze sèlman sou melanje entropi .
Konsepsyon materyèl ak devlopman se yon pwosesis tan konsome, se konsa amelyore efikasite rechèch se yon faktè kle nan akselere avansman nan HEAs .
Wòl nan teknoloji wo-debi
Nan kontèks sa a, adopsyon teknoloji wo-debi (HT) vin esansyèl . men ki sa egzakteman se teknoloji wo-debi, ak ki jan li ka li akselere devlopman materyèl?
Si nou konpare materyèl alyaj ak yon lanmè ak devlopman nan sistèm alyaj nouvo nan lapèch, Lè sa a, metòd preparasyon tradisyonèl yo tankou lapèch ak yon baton, kote chèchè ka sèlman jwenn yon sèl sistèm alyaj nan yon moman . sa a "yon sèl-a-yon-tan" apwòch siyifikativman ralanti rechèch materyèl .}}}
Koulye a, imajine si chèchè yo te kapab jete yon nèt olye pou yo lè l sèvi avèk yon baton lapèch, sa ki pèmèt yo pran plizyè sistèm alyaj nan yon tantativ sèl . apwòch sa a ta anpil amelyore efikasite rechèch . teknoloji segondè-throughput swiv yon prensip menm jan an, pèmèt pou tout tan tout tan an pou tout tan, {.
Yon avni klere pou alyaj wo-entropi
HEAs yo nan yon faz kwasans rapid, ak Lachin émergentes kòm yon gwo fòs nan rechèch mondyal {{0}
Malgre ke anpil defi rete yo, yo pa te dekouraje chèchè soti nan pouse pou pi devan . kòm yon nouvo fwontyè nan materyèl alyaj, heas kenbe imans potansyèl ak pwomès pou lavni an . mistè yo ap tann yo dwe unraveled, ak posiblite yo se illimité-yo ou pare yo eksplore unknown yo?