中高熵合金單原子3D圖首次創建

高熵合金納米顆粒的原子圖以紅色、藍色和綠色顯示不同類別的元素，以黃色顯示孿晶邊界。圖片來源：加州大學洛杉磯分校

科技日報記者 張佳欣

美國加州大學洛杉磯分校研究人員使用先進的成像技術，首次繪制了中熵和高熵合金的單個原子的三維（3D）圖。相關論文20日發表在《自然》雜志上。

在應用合金時，工程師面臨著一個常見的權衡取舍：堅硬的合金往往會變脆并在壓力下破裂，而那些在壓力下柔軟的合金往往容易凹陷。大約20年前，研究人員首次開發出中熵和高熵合金，很好地結合了硬度和柔韌性。

中熵合金是由3種或4種金屬元素以大致等比例混合組成的合金；高熵合金以同樣的方式結合了5種或5種以上的金屬。研究人員觀察到一種被稱為孿晶邊界的結構缺陷，它被認為是中、高熵合金韌性和靈活性獨特組合的關鍵因素。當應變導致晶體基質的一部分對角彎曲，而其周圍的原子保持原始構型，在邊界兩側形成鏡像時，就會形成孿晶。

研究人員使用了一系列金屬來制造納米顆粒。6個中熵合金納米顆粒結合了鎳、鈀和鉑。4個高熵合金納米顆粒結合了鈷、鎳、釕、銠、鈀、銀、銥和鉑。他們在百分之五秒內、逾1093℃的溫度下將金屬液化，并將冷卻時間縮短了10倍。這一過程中，10個納米顆粒中有6個誘導出1個孿晶邊界，另外4個納米顆粒誘導出2個孿晶邊界。

通過繪制中熵和高熵合金納米顆粒中的每個原子的圖譜，團隊觀察到，不同元素的原子混合越多，合金的結構就越有可能發生變化，從而形成不同的韌性和靈活性。這些發現可為設計出具有更高耐用性的中熵和高熵合金提供信息，甚至可通過設計某些元素的混合物來釋放目前在鋼和其他傳統合金中未見的潛在特性。

（來源：科技日報）

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