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頂尖科學家齊聚台灣 高熵合金研究邁向新紀元【2016.11.14秘書處】

全球首屆「高熵材料國際研討會」7日在本校舉行。被譽為「高熵合金之父」的本校材料所教授葉均蔚在對170名中外學者致詞時,以「山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村」來形容他突破傳統金屬學、混合多種金屬,開創出高熵合金此一研究新領域的心境,並宣布在與會學者的共同努力下,高熵材料的研發將邁向新紀元。

 
過去幾千年來,人類製造合金皆以鐵、鋁等某一種金屬為主,再添加少量其他金屬,來改善強度、韌性。若添加多種且大量的其他金屬,所得合金容易脆化。此一迷思被葉均蔚所推翻,他在1995年首度有高熵合金的構想,並在2004年發表混合5、6種以上等比例金屬、且性能更佳的「高熵合金」,自此開創了全新的材料研究及應用領域。
 
賀陳弘校長在研討會開幕致詞時指出,全球首屆「高熵材料國際研討會」在高熵合金的「誕生地」清華大學舉行,格外有意義。葉教授在21年前在此孕育出高熵合金的構想,如今頂尖科學家共聚清華,造福世界,令本校師生備感光榮。
 
陳力俊前校長盛讚譽葉均蔚教授深具創造性、革新性,對抗當時所知的理論,克服一切困難,開創了科學界的一片嶄新風景。他也指出高熵材料研發的挑戰,包括合金的組成可能性太多,必須以更有效方式篩選出好的、或具特殊功能的組合。此外,如何展現它的經濟價值,把它從實驗室導入商業應用,促進產業經濟,也還有相當長的路要走。
 
工研院材化所所長彭裕民則向外籍學者介紹新竹三寶—米粉、玻璃、工業園區,期盼他們有機會多了解結合頂尖大學、研究機構及尖端產業於一地的新竹。
 
美國田納西大學教授廖凱輝表示,高熵材料研究是目前最熱門的研究領域之一,去年有250篇以上的論文發表,被引用次數超過5千次,今年還有機會再創新高。他預測,在未來10至15年之內,高熵領域將可望產生諾貝爾獎得主。
 
今年5月19日出版的自然(Nature)期刊特別刊出專題報導--「多元金屬合成的更強更韌更延合金」,認可葉均蔚為創造出高熵合金的第一人,並提到約當同時,英國布拉福大學教授布萊恩肯特(Brian Cantor)也進行類似的研究。肯特教授今天特別來台出席研討會,他表示,當年混合多種金屬在外人眼中確實是瘋狂的想法,很難說服學生或爭取贊助,因此,當他看到葉均蔚為高熵合金命名、吸引學界矚目,感到十分佩服。
 
「只要你找到一個好點子,就追隨它吧,它會讓一切變得值得。」肯特教授認為,葉均蔚教授發現高熵合金的故事,就是最好的例子。
 
這次的研討會將發表包括高熵合金、陶瓷、高分子等高熵複合材料的最新研究成果。共有來自世界各地約二百位學者專家參與,發表一百七十篇最新研究成果。
 
葉均蔚表示,今明兩天的研討會有許多亮點,例如汽車材料研發,目前汽車所用的超合金渦輪增壓葉片可耐800度C的高溫,現在則可望以高熵合金做出耐攝氏1000度高溫以上、又耐高壓的葉片,增加引擎效率。還有油井公司研發抽油引擎的軸承材料,為發表20分鐘研究成果千里迢迢來台。此外,抗輻射材料、抗電磁波材料、優於304不銹鋼的耐腐蝕合金、高熵合金的理論模擬等研究結果都將在這次研討會發表。
 
高熵小辭典:
過去幾千年來,人類製造合金皆以鐵、鋁等某一種金屬為主,再添加少量其他金屬,以改善性質。若添加多種且大量的其他金屬,所得合金勢必很脆。這種迷思被本校材料工程系教授葉均蔚推翻,在2004年首先發表混合5、6種以上等比例金屬,由實驗證明可得到性能優秀的合金,自此開創了全新的材料研究及應用領域。
 
葉均蔚解釋,傳統合金幾乎都以某一金屬元素為主,添加少量的其他元素,比如在鐵中加0.02~2%的碳成為碳鋼,鐵加18%的鉻、8%鎳成為304不銹鋼,鋁合金的鋁至少在80%以上,這種少量添加的合金概念受限於傳統合金觀念,認為其他金屬的添加量越多,就會合成越多的脆性化合物,令合金變脆、易碎,甚至無法合成。
 
時常逆向思考的葉均蔚,產生了一種靈感,何不將4或5種金屬以等比例混合在一起?這樣不同元素原子可能的排列方式就會大幅增加,產生無序或高熵(high entropy)效應,促進每個元素原子在原子層之間隨機散佈,而抑制相異原子排列有序的脆性化合物,使材料反而得到韌性。因為多元素的混合,帶來大家忽略的高熵效應,因此葉均蔚將此類合金取名為高熵合金(high entropy alloys)。
 
葉均蔚發表的第一代高熵合金,含5種以上金屬元素,每種元素以相同比例的原子數混合而成,變得更強(抗折斷)、更韌(抗變形),且耐高溫、腐蝕、輻射、磨擦。7年前開始,他進而發表第二代進化版高熵合金,每種元素的原子數以不同比例調配,證明性能可更優於第一代的高熵合金。
 
傳統陶瓷也以一種化合物為主,如今可採用多種化合物做成「高熵陶瓷」,展現不同的優越特性,甚至出現混合高熵合金及高熵陶瓷的複合材料,葉均蔚將它們統稱為「高熵材料」。
 
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