1. asal nama
Sebagai bintang yang sedang naik daun di bidang bahan paduan, kelahiran paduan entropi tinggi (HEAS) terkait erat dengan konsep entropi . tetapi apa sebenarnya entropi? Sebelum meluncurkan misteri paduan entropi tinggi, mari kita pertama-tama jelajahi dunia entropi .
Konsep entropi diperkenalkan oleh fisikawan Jerman Rudolf Clausius di 1865. dalam termodinamika, entropi adalah parameter yang menggambarkan tingkat 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: Ketika semua siswa mengenakan seragam yang sama dengan hanya beberapa pengecualian, berdiri di baris yang rapi, dan melakukan latihan pemanasan dalam formasi kompak, rentang gerakannya terbatas, dan entropi sistem rendah .
Keadaan entropi tinggi: Ketika siswa mengenakan berbagai pakaian, bubar setelah pembentukan diberhentikan, dan terlibat dalam kegiatan gratis, rentang pergerakan meningkat, dan kelas menjadi lebih tidak teratur, menghasilkan keadaan entropi tinggi .
Dengan analogi, kita dapat menganggap setiap siswa sebagai unit atom dalam paduan . ketika atom diatur secara tertib, mirip dengan siswa yang berdiri dalam formasi, sistem paduan dalam keadaan rendah . sebaliknya, saat atom secara acak dan bergerak secara bebas dan bergerak dengan bebas, sistem yang tinggi dan tinggi.
Compared to conventional alloys, this newcomer to the alloy world has a higher entropy value. Therefore, materials scientists named it high-entropy alloy. In this context, "high entropy" refers to the high℃of chemical or topological disorder at the atomic scale, meaning the atomic arrangement within the alloy is highly chaotic. Now that we've introduced the concept of paduan entropi tinggi, mari kita jelajahi bagaimana materi yang menarik ini ditemukan .
2. Penemuan paduan entropi tinggi
Landasan untuk menemukan paduan entropi tinggi diletakkan pada awal abad ke-18 . ilmuwan Jerman dan ahli metalurgis Franz Karl Achard melakukan studi inovatif di mana ia menyiapkan serangkaian {o-component {{4} {{{{4} {{{{{{4} {{{{{{{4 {lulus {lulus {lulus {lulus {4 {lulus {lulus {4 {ini merupakan pekerjaan {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4
Baru pada tahun 1963 bahwa Profesor Cyril Stanley Smith (Smith, 1963) memperhatikan dan melaporkan penelitian ini . berdasarkan catatan eksperimental yang ada, sekarang diyakini bahwa ini adalah salah satu studi paling awal yang terkait dengan paduan entropi tinggi .
Sayangnya, karena kurangnya perhatian, kemajuan pada paduan entropi tinggi yang terhenti selama beberapa dekade . tidak sampai tahun 1990-an minat pada paduan entropi tinggi disusun kembali . pada tahun 1993, para ilmuwan di University of Cambridge mengusulkan "prinsip kebingungan," yang menunjukkan bahwa alloy {alloy yang lebih tinggi di University of Cambridge mengusulkan "prinsip kebingungan," menyarankan alloy {yang lebih tinggi {{alloy yang lebih tinggi di University of Cambridge yang mengusulkan "kebingungan," yang menunjukkan bahwa alloy {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{Bighure {yang lebih mungkin Sekitar waktu yang sama, sarjana Taiwan Yeh Jien-Wei dan timnya memperkenalkan paduan desain konsep desain paduan yang inovatif dengan beberapa elemen utama dan entropi pencampuran tinggi, yang mereka beri nama paduan entropi tinggi .
Namun, kemajuan ilmiah sering membutuhkan waktu . meskipun ada konsep ini, temuan penelitian terkait tetap tidak dipublikasikan selama bertahun -tahun .
Akhirnya, pada tahun 2004, Profesor Cantor dari Inggris melakukan eksperimen di mana ia melelehkan paduan entropi-mixing tinggi . secara mengejutkan, alih-alih membentuk struktur amorf yang diantisipasi ini, hal-hal yang dikonfirmasi dengan banyak hal yang mengonfirmasi . ini bertentangan dengan kebingungan yang membandingkan {4} {{4} {{{4} {{4} {{4} {{4 {{4 {{4 {{4 {{4 {{4 {4 { menandai kelahiran paduan entropi tinggi .
Untuk menjelaskan fenomena yang menarik ini, Profesor Zhang Yong dari University of Science and Technology Beijing memberikan wawasan teoretis, meletakkan dasar untuk penelitian lebih lanjut tentang heas . sejak itu, paduan entropi tinggi telah muncul sebagai bintang shining di bidang materi alhoy.
Ketika antusiasme penelitian tumbuh, konsep paduan entropi tinggi telah berkembang pesat ke bidang terkait seperti:
Keramik entropi tinggi
Film tipis entropi tinggi
Baja entropi tinggi
Superalloys entropi tinggi
Paduan ringan entropi tinggi berbasis al-Mg
Paduan keras entropi tinggi
3. Karakteristik unik dari paduan entropi tinggi
Paduan entropi tinggi memperkenalkan perspektif baru dalam desain paduan, berdasarkan prinsip entropi konfigurasi . dibandingkan dengan paduan konvensional, konsep desain heas yang khas dan properti unik . keunikan mereka dapat dipahami dari empat aspek berikut:
(1) Karakteristik komposisi
HEAS menggabungkan beberapa elemen utama untuk memperkenalkan gangguan kimia, tanpa elemen dominan tunggal . tidak seperti paduan tradisional, yang biasanya memiliki elemen dasar utama, HEA terdiri dari beberapa elemen paduan utama . karakteristik utama dari desain komposisi HEA termasuk termasuk:
1. Paduan harus berisi setidaknya lima elemen berbeda .
2. Persentase atom dari setiap elemen harus antara 5% dan 35% .
(2) Karakteristik pengembangan
Seiring berjalannya penelitian, konsep paduan entropi tinggi telah berkembang melalui tiga tahap utama:
HEAS generasi pertama:
Terdiri dari lima atau lebih elemen paduan .
Elemen adalah equiatomic (rasio atom yang sama) .
Struktur: Alloy solusi padat kompleks fase tunggal .
HEAS generasi kedua:
Terdiri dari empat atau lebih elemen paduan .
Rasio elemen non-equiatomic .
Struktur: Paduan solusi solid solid dual-fase atau multi-fase .
HEAS generasi ketiga:
Diperluas menjadi film tipis dan keramik entropi tinggi .
(3) Karakteristik Struktural
Terlepas dari beberapa komponen unsurnya, paduan entropi tinggi biasanya membentuk struktur fase yang relatif sederhana setelah pemadatan . Solusi padat terlarut secara acak adalah struktur karakteristik HEA, sering menunjukkan:
Struktur kubik (FCC) yang berpusat pada wajah
Struktur kubik yang berpusat pada tubuh (BCC)
Struktur hexagonal close-packed (HCP)
Selain itu, fase amorf juga dapat terbentuk di beberapa heas .
Kesimpulan
Paduan entropi tinggi mewakili kemajuan revolusioner di bidang bahan paduan . komposisi unik mereka, pendekatan desain baru, dan sifat-sifat yang menjanjikan membuatnya sangat berharga untuk bahan struktural dan fungsional generasi berikutnya,. dengan penelitian yang berkelanjutan, heas diperkirakan akan memainkan peran penting dalam aplikasi dari aplikasi dari aplikasi dari aplikasi dan bioskomer dan aeroska, Aerosp dan Aerose, Aerospen, dan Aerosve, HEA. bidang .
Gambar 1 Struktur fase paduan entropi tinggi
(4) Karakteristik Kinerja Terverifikasi
Penelitian telah menunjukkan bahwa paduan entropi tinggi (HEAS) memiliki banyak sifat superior dibandingkan dengan paduan tradisional . saat ini, lima efek kinerja utama dari HEA telah dikonfirmasi secara ilmiah:
1. Energi kesalahan penumpukan rendah
2. stabilitas termal
3. resistansi radiasi
4. resistensi korosi
5. mitigasi efek trade-off kinerja
4. Aplikasi Praktis: Di mana paduan entropi tinggi bersinar
Prinsip-prinsip desain unik dari paduan entropi tinggi memberi mereka sejumlah sifat yang luar biasa, termasuk kinerja mekanik suhu rendah yang sangat baik, korosi dan ketahanan aus, stabilitas suhu tinggi, dan sifat magnetik lunak yang luar biasa . hal-hal penting ini memberikan heas yang sangat besar dalam aplikasi rekayasa . yang ada di mana suatu hal yang sangat penting dalam . {4} {4}. kemampuan .
(1) Bahan magnetik lunak entropi tinggi
Bahan magnetik lunak ditandai dengan mencapai magnetisasi maksimum dengan medan magnet eksternal minimal . mereka mudah untuk magnetisasi dan demagnetisasi, membuatnya banyak digunakan dalam peralatan listrik dan elektronik .
Studi telah menunjukkan bahwa sistem paduan entropi tinggi tertentu menunjukkan sifat magnetik lunak yang sangat baik . Selain itu, mereka membantu mengatasi kekurangan bahan magnetik lunak konvensional, seperti sifat mekanik yang buruk dan kinerja casting yang tidak stabil . sebagai hasilnya, heas memiliki potensi besar untuk aplikasi dalam motor listrik, transformator, dan transformasi lainnya, dan transformator lainnya, dan transformator lainnya, dan transformator lainnya, dan transformator lainnya dalam motor listrik, dan transformasi lainnya, dan transformasi lainnya dalam motor listrik, dan transformasi lainnya, dan transformator lainnya dalam motor listrik, dan transformasi lainnya dalam motor listrik, dan transformator lainnya, dan transformasi lainnya dalam motor listrik, dan transformasi lainnya dalam motor listrik, dan transformasi lainnya,
(2) Bahan paduan suhu tinggi
Paduan suhu tinggi adalah bahan logam yang dapat beroperasi di bawah suhu tinggi dan kondisi tegangan spesifik untuk periode yang diperpanjang . paduan ini membutuhkan:
Kekuatan suhu tinggi yang luar biasa
Oksidasi yang sangat baik dan resistensi korosi termal
Ketahanan kelelahan yang baik dan ketangguhan patah
They are indispensable for engine hot-end components. Research indicates that high-entropy alloys exhibit remarkable thermal stability and oxidation resistance at elevated temperatures. This breakthrough offers new possibilities for developing components that operate in extreme environments, such as:
Pisau turbin mesin
Bahan teknik suhu tinggi
(3) Pelapis alat keras
Pelapis alat keras melibatkan menyimpan lapisan tipis paduan yang tinggi, tahan aus ke permukaan alat pemotongan untuk melindungi pembalik, penggilingan, perencanaan, dan alat penggilingan . Kekerasan dan kekuatan HEA yang tinggi untuk pelapisan yang ideal, secara efektif meningkatkan kinerja alat dan umur panjang {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} {3} secara efektif secara efektif
(4) Bahan konversi fototermal entropi tinggi
Konversi fototermal mengacu pada proses konsentrasi energi radiasi matahari melalui refleksi, penyerapan, atau mekanisme lain untuk mencapai suhu yang cukup tinggi dan memenuhi berbagai tuntutan energi .
Karena kondisi layanan yang keras dari bahan fototermal, mereka harus menunjukkan:
Stabilitas suhu tinggi yang sangat baik
Resistensi korosi superior
Koefisien ekspansi termal rendah
Ketahanan cuaca yang kuat
Studi telah menunjukkan bahwa film tipis paduan entropi tinggi memiliki resistensi korosi yang luar biasa dan stabilitas suhu tinggi, menjadikannya sangat menjanjikan untuk meningkatkan efisiensi konversi fototermal dan memajukan aplikasi energi matahari .
Gambar 2: Tabung pengumpulan panas dari konverter fototermal
(5) Bahan paduan entropi tinggi ringan
Ringan adalah arah penting untuk pengembangan bahan di masa depan . dalam beberapa tahun terakhir, paduan entropi tinggi juga telah dipelajari untuk bahan ringan dan telah mulai dikomersialkan . contoh umum termasuk kasus ponsel, slot kartu ponsel dan bagian presisi lainnya .
Gambar 3 Case Ponsel Stamping
(6) Aplikasi lain
Paduan entropi tinggi juga memiliki potensi besar di beberapa bidang lain, termasuk:
Bahan pengelasan entropi tinggi
Paduan entropi tinggi aktivasi rendah
Bahan cetakan
Bahan Katalitik
Lapisan penghalang difusi semikonduktor
5. Masa depan paduan entropi tinggi
Bagaimana paduan entropi tinggi (HEas) dapat dikembangkan lebih lanjut? Pertanyaan ini adalah perhatian utama bagi para ilmuwan ketika memajukan kelas bahan baru . memilih arah penelitian yang tepat sangat penting untuk mencapai kemajuan maksimum dengan upaya minimal, memungkinkan HEAS untuk memainkan peran yang lebih signifikan dalam kehidupan sehari -hari dan aplikasi pertahanan nasional .
Ke depan, ada dua arah pengembangan utama yang paling pantas mendapat perhatian:
(1) mengidentifikasi wilayah kinerja yang paling hemat biaya
From traditional alloys to high-entropy alloys, materials have evolved along a trend of increasing entropy. However, experimental results indicate that the relationship between mixing entropy and material performance is nonlinear. In simple terms, a higher mixing entropy does not necessarily translate into better alloy performance.
Blindly pursuing higher entropy does not guarantee unlimited optimization of material properties. Moreover, as entropy increases, so does the number of constituent elements, which directly raises the production cost of the alloy. This means that focusing solely on high entropy can lead to diminishing returns, where the increase in cost outweighs the performance benefits-a scenario of "losing both the investment and the Hasil . "
Menurut analisis statistik, wilayah yang paling hemat biaya tidak ada dalam domain paduan entropi tinggi tetapi lebih pada batas antara paduan entropi menengah dan paduan entropi tinggi . wilayah ini mencakup bahan seperti:
Paduan suhu tinggi
Paduan amorf
Baja tahan karat
Paduan entropi sedang
Bahan -bahan ini menawarkan keseimbangan yang lebih baik antara biaya dan kinerja, menjadikan wilayah transisi ini area kritis untuk pengembangan bahan di masa depan .
Gambar 4 "Efektivitas Biaya" dari Bahan Paduan
(2) Mengembangkan metode penelitian material efisiensi tinggi
Paduan entropi tinggi (HEAS) menunjukkan sifat mekanik yang luar biasa, resistensi suhu tinggi, resistensi keausan, dan resistensi korosi, menjadikannya sangat menjanjikan di berbagai bidang . Namun, penelitian tentang kompleks dan nawa-kompleksnya masih dalam tahap awal, dan aplikasi industri mereka masih merupakan pekerjaan yang ada di dalam kemajuan {{{mereka masih merupakan pekerjaan di dalam kemajuan mereka {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{mereka masih ada pada tahap awal. Properti tidak mengikuti hubungan linier dengan entropy . sebagai hasilnya, tidak mungkin untuk merancang bahan multi-komponen berkinerja tinggi hanya berdasarkan pencampuran entropi .
Desain dan pengembangan material adalah proses yang memakan waktu, jadi meningkatkan efisiensi penelitian adalah faktor kunci dalam mempercepat kemajuan heas .
Peran teknologi throughput tinggi
Dalam konteks ini, adopsi teknologi throughput tinggi (HT) menjadi penting . tetapi apa sebenarnya teknologi throughput tinggi, dan bagaimana ia dapat mempercepat pengembangan material?
Jika kita membandingkan bahan paduan dengan lautan dan pengembangan sistem paduan baru dengan penangkapan ikan, maka metode persiapan tradisional seperti memancing dengan batang, di mana para peneliti hanya dapat memperoleh satu sistem paduan pada suatu waktu . pendekatan "satu-pada-satu-waktu" ini secara signifikan memperlambat penelitian material . ini secara signifikan memperlambat {. {{4} {4} ini secara signifikan {{4} {4} {{4} ini secara signifikan secara signifikan
Now, imagine if researchers could cast a net instead of using a fishing rod, allowing them to capture multiple alloy systems in a single attempt. This approach would greatly enhance research efficiency. High-throughput technology follows a similar principle, enabling the parallel preparation of multiple alloy systems at once, thus dramatically accelerating the development of HEAs.
Masa depan yang cerah untuk paduan entropi tinggi
Heas berada dalam fase pertumbuhan yang cepat, dengan China muncul sebagai kekuatan utama dalam penelitian global . hari ini, sebagai bintang yang naik dari bidang sains material, HEAS terus menarik perhatian para ilmuwan di seluruh dunia .
Meskipun banyak tantangan yang tersisa, mereka belum menghalangi para peneliti untuk mendorong ke depan . sebagai perbatasan baru dalam bahan paduan, HEAS memiliki potensi dan janji yang sangat besar untuk masa depan . misteri mereka menunggu untuk diurai, dan kemungkinan mereka tidak terbatas-apakah Anda siap untuk mengeksplorasi kecemerlangan mereka yang tidak diketahui?