【科技动向】美能源部艾姆斯实验室可预测高熵合金元素的出现范围

2018年5月1日，美能源部艾姆斯实验室宣布：该实验室开发了一种计算分析方法，可以帮助预测尚未制成的高性能高熵合金的成分和性能。

艾姆斯实验室的定位是“创造材料和能量解决方案”（美国艾姆斯实验室图片）

高熵合金由四种或四种以上的元素组成，因其具有结构简单、在很宽的温度范围内具有出色的机械性能、更好的抗氧化性或耐腐蚀性而备受追捧。高熵合金的发展可能会提升喷气式发动机的性能和燃油效率，以及极端环境下使用的机械部件在其他工业领域的应用。艾姆斯实验室科学家和计算理论学家杜恩·约翰逊（Duane D. Johnson）表示：在传统材料设计上，人们所做的事情主要是针对已知材料进行细节微调，因为即使是合金成分中的微小变化，也会导致其性能发生重大变化。但这意味着仍然存在很多未被发现的材料领域，尤其是在由四种或更多元素组成的合金。

本篇所述研究论文题名和摘要。这项研究在Prashant Singh，Aayush Sharma，A.V. Smirnov，Mouhamad S. Diallo，Pratik K. Ray，Ganesh Balasubramanian和达恩·约翰逊撰写的论文《高强度难熔复合固溶合金的设计》（Design of high-strength refractory complexsolid-solution alloys）中进一步讨论，并发表在《npj计算材料学》（npj Computational Materials）上（《npj计算材料学》图片）

鉴于可能形成高熵合金的成分组合数量庞大，科研人员们很难知道究竟可以从哪里找到新型高熵合金。不仅如此，高熵合金非常难以制造，需要使用昂贵的材料和特殊加工技术。即使如此，在实验室中的尝试也不能保证理论上可能形成的化合物，在实际制备过程中可以形成，更不用说潜在应用了。

等原子合金的X射线衍射图（艾姆斯实验室图片）

约翰逊表示，开启上述工作最好的方法，就是告诉科研人员从哪里可以找到想要的元素或成分。利用高通量计算方法，科研人员使用了一种独特的电子结构方法，预测任意组合高熵合金的性质，同时评估它们在简单结构中形成固溶体的能力，原子的排序、化学稳定性以及在不同温度下的机械性能。约翰逊表示，这种计算方法回答了很多问题，其中最重要的一个问题就是“在高熵合金的研发中，某一区域或某一类的元素是否值得继续研究？”。利用这种方法，科研人员可以缩小多组分材料系统的设计空间，并围绕最有前景的材料区域进行研究和开发进行调整。

本文提及的论文可从如下地址下载：

https://www.ameslab.gov/news/news-releases/ames-lab-takes-the-guesswork-out-discovering-new-high-entropy-alloys

本篇动向的提供者陈济桁先生已为《空天防务观察》提供2篇专栏文章，如下表：

序号	篇名	发表日期
1	日本东丽公司推出新一代碳纤维预浸料产品，拉伸强度和抗冲击性能又提升30%	2017年6月2日
2	复合材料助力贝尔V-280“英勇”倾转旋翼机发展	9月22日