1. Asal nama
Sebagai bintang yang semakin meningkat dalam bidang bahan aloi, kelahiran aloi entropi tinggi (HEAS) berkait rapat dengan konsep entropi . tetapi apa sebenarnya entropi? Sebelum melancarkan misteri aloi entropi tinggi, mari kita terlebih dahulu meneroka dunia entropi .
Konsep entropi diperkenalkan oleh ahli fizik Jerman Rudolf Clausius dalam 1865. dalam termodinamik, entropi adalah parameter yang menggambarkan tahap gangguan dalam sistem-lebih besar gangguan, semakin tinggi entropi .
Untuk lebih memahami konsep ini, mari kita gunakan kelas Pendidikan Jasmani (PE) sebagai contoh:
Keadaan entropi rendah: Apabila semua pelajar memakai pakaian seragam yang sama dengan hanya beberapa pengecualian, berdiri di baris yang kemas, dan melakukan latihan pemanasan dalam pembentukan padat, julat pergerakan mereka adalah terhad, dan entropi sistem adalah rendah .
Negeri entropi tinggi: Apabila pelajar memakai pelbagai pakaian, bersurai selepas pembentukannya dibuang kerja, dan terlibat dalam aktiviti percuma, pelbagai pergerakan meningkat, dan kelas menjadi lebih tidak teratur, mengakibatkan keadaan entropi tinggi .
Dengan analogi, kita boleh memikirkan setiap pelajar sebagai unit atom dalam aloi . apabila atom disusun secara teratur, sama seperti pelajar yang berdiri dalam pembentukan, sistem aloi berada dalam keadaan rendah.
Berbanding dengan aloi konvensional, pendatang baru ini ke dunia aloi mempunyai nilai entropi yang lebih tinggi . oleh itu, para saintis bahan menamakannya entropi tinggi . dalam konteks ini, "entropi yang tinggi" Memperkenalkan konsep aloi entropi tinggi, mari kita meneroka bagaimana bahan menarik ini ditemui .
2. Penemuan aloi entropi tinggi
Asas untuk menemui aloi entropi tinggi telah diletakkan seawal abad ke-18 . saintis Jerman dan metalurgist Franz Karl Achard menjalankan kajian inovatif di mana beliau menyediakan satu siri aloi yang mengandungi lima kali ganda. Worldwide .
Tidak sampai tahun 1963 bahawa Profesor Cyril Stanley Smith (Smith, 1963) melihat dan melaporkan penyelidikan ini . berdasarkan rekod eksperimen yang ada, kini dipercayai bahawa ini adalah salah satu kajian terawal yang berkaitan dengan aloi entropi tinggi .
Malangnya, disebabkan oleh kekurangan perhatian, kemajuan pada aloi entropi tinggi yang terhenti selama beberapa dekad . tidak sampai tahun 1990-an bahawa minat dalam aloi entropi tinggi telah ditakrifkan semula pada tahun 1993, Struktur . Pada masa yang sama, cendekiawan Taiwan Yeh Jien-Wei dan pasukannya memperkenalkan aloi reka bentuk aloi yang inovatif dengan aloi dengan pelbagai elemen utama dan entropi pencampuran yang tinggi, yang mereka namakan aloi entropi tinggi .
Walau bagaimanapun, kemajuan saintifik sering mengambil masa . walaupun pengenalan konsep ini, penemuan penyelidikan yang berkaitan tetap tidak diterbitkan selama bertahun -tahun .
Akhirnya, pada tahun 2004, Profesor Cantor dari UK menjalankan percubaan di mana dia mencairkan aloi entropi yang berpusat tinggi . yang menghairankan, bukannya membentuk struktur amorf yang dijangkakan, aloi yang dikeluarkan oleh prinsip yang tidak diingini {4} Secara rasmi menandakan kelahiran aloi entropi tinggi .
Untuk menerangkan fenomena yang menarik ini, Profesor Zhang Yong dari Universiti Sains dan Teknologi Beijing memberikan pandangan teoritis, meletakkan asas untuk penyelidikan lanjut mengenai Heas . sejak itu, aloi entropi tinggi telah muncul sebagai bintang bersinar dalam bidang bahan aloi .
Apabila semangat penyelidikan berkembang, konsep aloi entropi tinggi telah berkembang pesat ke bidang yang berkaitan seperti:
Seramik entropi tinggi
Filem nipis entropi tinggi
Keluli entropi tinggi
Superalloys entropi tinggi
Aloi ringan entropi tinggi al-Mg
Aloi keras entropi tinggi
3. Ciri-ciri unik aloi entropi tinggi
Aloi entropi tinggi memperkenalkan perspektif novel dalam reka bentuk aloi, berdasarkan prinsip entropi konfigurasi . berbanding dengan aloi konvensional, mempunyai konsep reka bentuk tersendiri dan sifat unik . keunikan mereka dapat difahami dari empat aspek berikut:
(1) Ciri -ciri komposisi
HEAS menggabungkan pelbagai elemen utama untuk memperkenalkan gangguan kimia, tanpa unsur dominan tunggal . tidak seperti aloi tradisional, yang biasanya mempunyai elemen asas utama, HEAS terdiri daripada pelbagai elemen pengaliran utama . Ciri -ciri utama Reka Bentuk Komposisi HEA termasuk:
1. Aloi mesti mengandungi sekurang -kurangnya lima elemen yang berbeza .
2. Peratusan atom setiap elemen mestilah antara 5% dan 35% .
(2) Ciri -ciri pembangunan
Apabila penyelidikan berlangsung, konsep aloi entropi tinggi telah berkembang melalui tiga peringkat utama:
HEAS generasi pertama:
Terdiri daripada lima atau lebih elemen aloi .
Unsur -unsur adalah equiatomic (nisbah atom yang sama) .
Struktur: aloi penyelesaian pepejal kompleks fasa tunggal .
HEAS generasi kedua:
Terdiri daripada empat atau lebih elemen aloi .
Nisbah elemen bukan equiatomik .
Struktur: aloi penyelesaian pepejal kompleks dwi-fasa atau pelbagai fasa .
HEAS generasi ketiga:
Berkembang menjadi filem dan seramik nipis entropi tinggi .
(3) Ciri -ciri struktur
Walaupun komponen unsur-unsur mereka, aloi entropi tinggi biasanya membentuk struktur fasa yang agak mudah apabila pemejalan . penyelesaian pepejal yang dibubarkan secara rawak adalah struktur ciri HEAS, sering mempamerkan:
Struktur padu berpusatkan muka (FCC)
Struktur padu berpusatkan badan (BCC)
Struktur Hexagonal Close (HCP)
Di samping itu, fasa amorf juga boleh terbentuk dalam beberapa heas .
Kesimpulan
Aloi entropi tinggi mewakili kemajuan revolusioner dalam bidang bahan aloi . komposisi unik mereka, pendekatan reka bentuk novel, dan sifat-sifat yang menjanjikan menjadikan mereka sangat berharga untuk bahan-bahan struktur dan fungsional yang akan datang, medan .
Rajah 1 Struktur fasa aloi entropi yang tinggi
(4) Ciri -ciri prestasi yang disahkan
Penyelidikan telah menunjukkan bahawa aloi entropi tinggi (HEAS) mempunyai banyak sifat unggul berbanding dengan aloi tradisional . Pada masa ini, lima kesan prestasi utama HEAS telah disahkan secara saintifik:
1. Tenaga Kerosakan Stacking Rendah
2. Kestabilan terma
3. rintangan radiasi
4. rintangan kakisan
5. pengurangan kesan perdagangan prestasi
4. Aplikasi Praktikal: di mana aloi entropi tinggi bersinar
Prinsip-prinsip reka bentuk yang unik bagi aloi entropi tinggi memberi mereka pelbagai sifat yang luar biasa, termasuk prestasi mekanikal yang sangat rendah, kakisan dan rintangan haus, kestabilan suhu tinggi, dan sifat-sifat magnet yang luar biasa .. keupayaan .
(1) Bahan magnet lembut entropi tinggi
Bahan magnet lembut dicirikan dengan mencapai magnetisasi maksimum dengan medan magnet luaran yang minimum . mereka mudah untuk magnetisasi dan demagnetize, menjadikannya digunakan secara meluas dalam peralatan elektrik dan elektronik .
Kajian telah menunjukkan bahawa sistem aloi entropi tinggi tertentu mempamerkan sifat-sifat magnet lembut yang sangat baik . Selain itu, mereka membantu mengatasi kekurangan bahan-bahan magnet lembut konvensional, seperti sifat mekanik yang lemah dan prestasi pemutus yang tidak stabil .
(2) Bahan aloi suhu tinggi
Aloi suhu tinggi adalah bahan logam yang boleh beroperasi di bawah suhu tinggi dan keadaan tekanan tertentu untuk tempoh lanjutan . aloi ini memerlukan:
Kekuatan suhu tinggi yang luar biasa
Pengoksidaan yang sangat baik dan rintangan kakisan terma
Rintangan keletihan yang baik dan ketangguhan patah
Mereka sangat diperlukan untuk komponen hot-end enjin . penyelidikan menunjukkan bahawa aloi entropi tinggi mempamerkan kestabilan haba yang luar biasa dan rintangan pengoksidaan pada suhu tinggi . penemuan ini menawarkan kemungkinan baru untuk membangunkan komponen yang beroperasi dalam persekitaran yang melampau, seperti itu.
Bilah turbin enjin
Bahan kejuruteraan suhu tinggi
(3) salutan alat keras
Lapisan alat keras melibatkan mendepositkan lapisan nipis aloi yang tahan lasak, tahan haus ke permukaan alat pemotongan untuk melindungi alat-alat dan alat pengisaran yang tinggi, {3}
(4) Bahan penukaran fototerma entropi tinggi
Penukaran fototerma merujuk kepada proses menumpukan tenaga sinaran suria melalui refleksi, penyerapan, atau mekanisme lain untuk mencapai suhu yang cukup tinggi dan memenuhi pelbagai tuntutan tenaga .
Oleh kerana keadaan perkhidmatan yang keras bahan fototerik, mereka mesti mempamerkan:
Kestabilan suhu tinggi yang sangat baik
Rintangan kakisan unggul
Koefisien pengembangan haba yang rendah
Rintangan cuaca yang kuat
Kajian telah menunjukkan bahawa filem-filem nipis aloi tinggi mempunyai rintangan kakisan yang luar biasa dan kestabilan suhu tinggi, menjadikan mereka sangat menjanjikan untuk meningkatkan kecekapan penukaran fototerma dan memajukan aplikasi tenaga solar .
Rajah 2: tiub pengumpulan haba penukar fototerapi
(5) Bahan aloi entropi yang ringan
Ringan adalah arahan penting untuk pembangunan bahan -bahan masa depan . Pada tahun -tahun kebelakangan ini, aloi entropi yang tinggi juga telah dikaji untuk bahan -bahan ringan dan telah dimulakan untuk dikomersialkan . Contoh biasa termasuk kes telefon bimbit, slot kad mudah alih dan bahagian -bahagian ketepatan lain {}}
Rajah 3 menembusi kes telefon bimbit
(6) Aplikasi lain
Aloi entropi tinggi juga berpotensi besar dalam beberapa bidang lain, termasuk:
Bahan kimpalan entropi tinggi
Pengaktifan rendah aloi entropi tinggi
Bahan acuan
Bahan pemangkin
Lapisan penghalang penyebaran semikonduktor
5. Masa depan aloi entropi tinggi
Bagaimanakah aloi entropi tinggi (HEAS) boleh dibangunkan lagi? Soalan ini merupakan kebimbangan utama bagi saintis apabila memajukan kelas bahan baru . memilih arah penyelidikan yang tepat adalah penting untuk mencapai kemajuan maksimum dengan usaha yang minimum, membolehkan HEAS memainkan peranan yang lebih penting dalam kehidupan seharian dan aplikasi pertahanan negara .
Ke depan, terdapat dua arahan pembangunan utama yang patut mendapat perhatian yang paling:
(1) Mengenal pasti kawasan prestasi yang paling kos efektif
Dari aloi tradisional ke aloi entropi tinggi, bahan-bahan telah berkembang sepanjang trend peningkatan entropi . bagaimanapun, hasil eksperimen menunjukkan bahawa hubungan antara pencampuran entropi dan prestasi material adalah nonlinear .
Secara membabi buta mengejar entropi yang lebih tinggi tidak menjamin pengoptimuman sifat bahan yang tidak terhad . Selain itu, sebagai entropi meningkat, begitu juga dengan bilangan unsur-unsur konstituen, yang secara langsung menimbulkan kos pengeluaran aloi {{1} pelaburan dan hasilnya . "
Menurut analisis statistik, rantau yang paling kos efektif tidak berada di domain aloi entropi tinggi tetapi di sempadan antara aloi entropi sederhana dan aloi entropi tinggi . rantau ini termasuk bahan-bahan seperti:
Aloi suhu tinggi
Aloi amorf
Keluli tahan karat
Aloi entropi sederhana
Bahan -bahan ini menawarkan keseimbangan yang lebih baik antara kos dan prestasi, menjadikan kawasan peralihan ini menjadi kawasan kritikal untuk pembangunan bahan masa depan .
Rajah 4 "keberkesanan kos" bahan aloi
(2) Membangunkan kaedah penyelidikan bahan kecekapan tinggi
Aloi entropi tinggi (HEAS) mempamerkan sifat-sifat mekanikal yang luar biasa, rintangan suhu tinggi, rintangan haus, dan rintangan kakisan, menjadikannya sangat menjanjikan dalam pelbagai bidang . namun, penyelidikan yang tinggi, Sifat-sifat tidak mengikuti hubungan linear dengan entropi . sebagai hasilnya, adalah mustahil untuk merekabentuk bahan berbilang komponen berprestasi tinggi berdasarkan semata-mata pada pencampuran entropi .
Reka bentuk dan pembangunan bahan adalah proses yang memakan masa, jadi meningkatkan kecekapan penyelidikan merupakan faktor utama dalam mempercepat kemajuan HEAS .
Peranan teknologi tinggi
Dalam konteks ini, penggunaan teknologi tinggi (HT) menjadi penting . tetapi apa sebenarnya teknologi tinggi, dan bagaimana ia dapat mempercepatkan pembangunan bahan?
Jika kita membandingkan bahan aloi ke lautan dan pembangunan sistem aloi baru untuk memancing, maka kaedah penyediaan tradisional adalah seperti memancing dengan batang, di mana penyelidik hanya dapat memperoleh satu sistem aloi pada satu masa . pendekatan "satu-at-a-time" ini dengan ketara melambatkan penyelidikan bahan {{4}
Sekarang, bayangkan jika penyelidik dapat membuang jaring dan bukannya menggunakan batang memancing, membolehkan mereka menangkap pelbagai sistem aloi dalam satu percubaan . pendekatan ini akan meningkatkan kecekapan penyelidikan . teknologi tinggi}
Masa depan yang cerah untuk aloi entropi tinggi
Heas berada dalam fasa pertumbuhan yang pesat, dengan China muncul sebagai kekuatan utama dalam penyelidikan global . hari ini, sebagai bintang yang semakin meningkat dari bidang sains bahan, HEAS terus menarik perhatian saintis di seluruh dunia .
Walaupun banyak cabaran kekal, mereka tidak menghalang para penyelidik untuk menolak ke hadapan . sebagai sempadan baru dalam bahan aloi, Heas memegang potensi besar dan berjanji untuk masa depan . misteri mereka sedang menunggu untuk dibatalkan, dan kemungkinan mereka tidak terbatas-anda bersedia untuk meneroka kecemerlangan mereka yang tidak diketahui?