高熵合金之父叶均蔚阐明高熵材料四大效应

高熵合金之父叶均蔚阐明高熵材料四大效应

高熵合金之父叶均蔚教授在《自然评述化学》发表重磅文章，首次系统阐述高熵材料四大效应，为全球科学家提供理论指导。

「高熵合金之父」叶均蔚教授(左二)发表重磅论文，阐明高熵材料四大效应。共同作者还包括台湾清华大学材料系许玮麟博士后研究员(左一)、叶安洲教授(右二)、蔡哲瑋教授(右一)

当选中研院新科院士的台湾清华大学材料系叶均蔚讲座教授最近接受重量级期刊《自然评述化学》（Nature Review Chemistry）邀请，发表重磅文章《阐明高熵材料四大效应》，阐明高熵材料四大核心效应：高熵、严重晶格扭曲、缓慢扩散及鸡尾酒效应，并针对学术界争论的一些疑点加以厘清，做出明确的结论。

叶均蔚教授开创高熵合金一家之学，被誉为「高熵合金之父」。自他第一篇高熵合金的开山论文于2004年发表以来，全球许多学者纷纷投入此一新兴研究领域，相关论文数呈指数成长，平均每天有10篇新的论文发表。

高熵材料指引未来能源解方

传统合金通常以铝、镁等一种金属元素为主，再添加少量的其他元素；过去普遍认为如果添加太多不同的金属元素会使合金脆裂、甚至无法合成。叶均蔚教授提出的高熵理论及实证，则颠覆传统思维，提高乱度产生高混合熵（high mixing entropy），可将5种以上的金属等比例或非等比例合成，创造出更强、更韧、更具延展性及耐高温、耐腐蚀的高熵合金。就连美国能源部、各军种实验室、橡树岭等国家实验室都积极投入此领域研究开发。

全球物理、化学、材料、机械、计算模拟等领域的科学家过去20年来纷纷投入高熵材料的研究，已研发出高熵合金、高熵陶瓷、高熵聚合物等多种高熵材料。叶均蔚教授认为，未来最具潜力的高熵材料之一即为高熵催化剂，可望突破电解水产氢使用贵金属的瓶颈，解决未来能源问题，如丹麦几年前就成立了高熵催化剂研发中心。

此外，叶均蔚教授也十分看好高熵材料的耐高温、抗辐射等特性，将有助于突破核融合反应炉或系统的材料瓶颈。取之不尽、用之不竭的能源可望大幅减少二氧化碳的排放，并将人类的太空旅行往前推进一大步。

实验不断证明高熵四大效应

因此，帮助各领域的科学家更了解高熵材料的基本原理及特性，就成了叶均蔚教授心心念念的使命。「在我的想法里，『熵』是哲学，也是一套思想体系，如果能把熵的哲学想通透，多元系统的研发思维就能四通八达、更有效率。」叶均蔚教授说。

叶均蔚教授举例，一德国研究团队曾针对高熵材料的缓慢扩散效应设计实验，认为结果与理论不甚符合。但叶均蔚教授看过论文后，发现他们比较扩散系数并未考虑到不同材料的熔点各异；若将熔点纳入考量，结果仍然符合缓慢扩散效应。有趣的是该团队后来发表的论文也纳入熔点因素，并承认缓慢扩散效应。叶均蔚教授说，科学就是这样，「总是会有人质疑，但真理越辩越明。」

叶均蔚教授在这篇文章中也详细说明了高熵材料的晶格扭曲效应，不同金属原子的排列呈不规则状态，但辐射照射产生的晶格破坏却能互相调整，出现令许多科学家感到不可思议的「自愈」现象。也就是这个特性，使高熵材料能抗辐射并耐高温，可望引领抗核融合及太空辐射线材料的研究突破。

此外，叶均蔚教授也阐明鸡尾酒效应，可透过各种元素的特性、元素间相互作用及各结构因素对材料不同性质的影响，设计适当的成分及制程，得到更好的加乘特性，进而产生多元应用。如同调配鸡尾酒一样，调酒师掌握其中关连，即可享受调配开发新风味鸡尾酒的趣味。

清华创始并发扬高熵材料研究

《阐明高熵材料四大效应》论文由叶均蔚教授指导的台湾清华大学材料系许玮麟博士后研究员担任第一作者，叶安洲教授、蔡哲瑋教授共同执笔。

叶安洲教授为英国剑桥大学材料工程与冶金博士。他表示，国外许多优秀学者虽跟随叶均蔚的脚步投入高熵材料研究领域，但未彻底理解「高熵」的基本概念与内涵，甚至误以为只是混合多种元素，因此无法妥善融合不同元素、真正发挥高熵效益的精义。

许玮麟研究员认为，自恩师叶均蔚教授2006年提出高熵合金四大效应以来，相关研究也踏入了全新领域，学界难免会有疑问，这篇论文的目的即在阐明释疑。他在撰写论文的1年时间，跟随叶均蔚老师学习，不仅对高熵效应有更完整及深刻的理解，也对新型材料设计及应用提出新的思路。

蔡哲瑋教授指出，高熵的组合无穷无尽，将材料领域带入了新世界；这篇论文具指标性意义，未来也可望将获学界广泛引用。

美国史丹佛大学团队去年公布「全球前2%顶尖科学家」榜单，叶均蔚教授在单年度科学影响力排行榜中名列全台第一，并在全球的材料领域及应用物理领域分别荣登第二名。

叶均蔚教授上个月才在墨西哥召开的第32届国际材料研究年会（International Materials Research Congress ,IMRC）获颁卓越贡献奖，表彰他为全世界材料研究领域做出的卓著开创性贡献。这是大会32年来首次颁奖给与会者。年会还特别以叶均蔚教授为名举办高熵专题研讨会，一连4天共发表64篇论文。叶均蔚教授除发表演讲，也和各国科学家交流研究心得。

叶均蔚教授一向以在清华大学完成学士、硕士及博士学业的「三清」学习经历为荣，他所指导的蔡哲瑋教授、许玮麟研究员也是「三清」学者。叶均蔚教授表示，清华不仅是高熵合金的「发源地」，也期许高熵材料研究能在此发扬光大。