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听《高熵合金新纪元》报告心得

已有 4748 次阅读 2018-12-13 22:38 |系统分类:科研笔记| 高熵合金

2018129日,我有幸现场聆听了叶均蔚教授在上海大学的报告。这天寒风习习,后来还飘起来了雪花,不大的报告厅挤满了慕名而来的老师和学生。

叶教授的报告以“高熵合金新纪元”为题,将高熵合金的历史由来、研究现状和应用前景娓娓道来,作为一名高熵合金的初学者,得到高熵合金开创者的教导,感觉深受鼓舞,受益良多。情不自禁,想留下点纪念。

一、叶教授提出高熵合金的概念,是基于热力学的概念,源于热力学的灵感。以“熵”的维度观察材料世界和材料史,打破了以元素种类或性能特征命名的传统,为材料研究建立一个新的坐标轴,也为人类探究材料世界打开了一扇新的大门。“熵”并不是一个陌生的词汇,在材料热力学中常见的参数,它反应系统在某一状态的混乱度,这是一个与元素种类无关,却随元素数量递增的参量。在高温状态下的“组态熵”越高,越有利于降低系统的吉布斯自由能(G=HST),使系统处于稳定状态。叶教授认为“在热力学上的高熵效应”是高熵合金最主要的特性。

二、叶教授将“熵”的概念放到历史的坐标系中解读、思考和展望。叶教授在总结人类社会发展史与金属材料的关系的基础上,进一步总结了材料发展史与熵的关系,发现人类文明的发展是伴随着金属材料广泛使用的历史。在材料发展史的坐标系中,是熵逐渐增大的过程,进而预言21世纪是高熵的世纪。

三、叶教授将高熵合金放在时代发展的潮流中孜孜探索、勇于实践。叶教授总结了高熵合金在性能上的“鸡尾酒效应”,展示了高熵合金在性能上的重要优势和在应用上的广阔前景。结合高熵合金的高强高硬性和优良的耐磨性、热稳定性、抗辐照性能、抗蠕变性能等特性,叶教授展望了高熵合金在硬质刀具、模具、核反应器、航空发动机叶片等领域的重要应用,并与相关企业开展了部分高熵合金的产业化推广,生产了部分较传统合金更有优势的齿轮、刀具等产品。

四、叶教授以开放和发展的态度对待高熵合金的未来。叶教授没有将高熵的定义局限在金属材料,而是扩展到陶瓷材料、聚合物等,使得从熵的角度看材料世界的视野更加广阔。值得一提的是,当我请教叶教授关于高熵定义中对熵的界限的规定时,叶教授不仅平等、热情、开放地与我探讨,还从高熵合金的最本质的高熵效应出发,阐释了高熵合金定义的基本学理,那就是高熵合金的定义并不对熵设定严格的界限,尽管一般认为结构熵大于1.5R有利于固溶体结构的形成,但1.5R只是高熵合金的guideline,不是绝对严格的界限,只要熵的效应在与焓的竞争中具有较大的优势,就体现了高熵合金最重要的热力学原理,这种合金就可以叫做高熵合金。(事实上确实有很多文献中报道的一些熵低于1.5R的多组元合金也冠以“高熵合金”,如Materials Science & Engineering A 723 (2018) 221–228Scripta Materialia 155 (2018) 54–57)。

作为高熵合金的开创者,叶教授这种开放的态度,使得高熵的定义从最初的成分定义,发展到“熵”的定义,其基本的学理体系逐步完善,主要特征也得到了科学的总结和概括(即:热力学上的高熵效应,动力学上的缓慢扩散效应,结构上的晶格畸变效应和性能上的鸡尾酒效应)。高熵合金目前逐渐被学界所接受和认可,近年来NatureScience等世界顶尖期刊均刊登和发表了有关高熵合金的文章就是最好的例证。

总之,以高熵合金为代表的高熵材料值得期待!(待完善)



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