1. Nosaukuma izcelsme
Kā uzlecoša zvaigzne sakausējumu materiālu jomā, augstas entropijas sakausējumu (HEAS) dzimšana ir cieši saistīta ar entropijas . jēdzienu, bet kas īsti ir entropija? Pirms atklājot augstas entropijas sakausējumu noslēpumus, vispirms izpētīsim entropijas pasauli .
Entropijas jēdzienu ieviesa vācu fiziķis Rūdolfs Klausiuss 1865. termodinamikā, entropija ir parametrs, kas apraksta traucējumu pakāpi sistēmā-lielāks traucējums, jo augstāka entropija .}
Lai labāk izprastu šo jēdzienu, kā piemēru izmantosim fiziskās izglītības (PE) klasi:
Zemas entropijas stāvoklis: kad visi studenti valkā vienu un to pašu formas tērpu ar tikai dažiem izņēmumiem, stāvē kārtīgās rindās un veicot iesildīšanās vingrinājumus kompaktā formācijā, to kustību diapazons ir ierobežots, un sistēmas entropija ir zema .
Augstas entropijas stāvoklis: Kad studenti valkā dažādus tērpus, izkliedē pēc formācijas noraidīšanas un iesaistās brīvās aktivitātēs, kustību diapazons palielinās, un klase kļūst nesakārtotāka, kā rezultātā rodas augstas entropijas stāvoklis .}}}}}}}}}}}}}}
Pēc analoģijas mēs varam domāt par katru studentu kā atomu vienību sakausējumā . Kad atomi ir sakārtoti, līdzīgi kā studentiem, kas stāv veidošanā, sakausējuma sistēma ir zema entropijas stāvoklī ., pretēji, ja atomi ir nejauši sadalīti un pārvietojas brīvi.
Salīdzinot ar parastajiem sakausējumiem, šim sakausējumu pasaules jaunpienācējam ir augstāka entropijas vērtība . Tāpēc materiālu zinātnieki to nosauca par augstas entropijas sakausējumu . Šajā kontekstā "augsta entropija" norāda uz augsto ķīmisko vai topoloģisko disformu atomu mērogā, kas tagad ir jāievieto, kas ir ļoti chaotic {{3}, kas ir jāievieto, kas ir ļoti chaotic {{ish 3}, kas ir jāievieto, kas ir ļoti chaotic {{ish 3}, kas ir jāievieto, kas ir ļoti haotisks {{ish 3}, kas ir jāievieš, un tas ir ļoti chaotic {{ish 3}}}, kas ir jāievieto, kas ir ļoti haotisks {{ish 3}}, kas ir ieviests. Augstas entropijas sakausējumi, izpētīsim, kā tika atklāts šis aizraujošais materiāls .
2. Augstas entropijas sakausējumu atklāšana
Augstas entropijas sakausējumu atklāšanas pamats tika izveidots jau 18. gadsimta beigās . vācu zinātnieks un metalurgists Francs Kārlis Ahards veica novatorisku pētījumu, kurā viņš sagatavoja virkni vairāku komponentu sakausējumus, kas satur piecus līdz septiņus elementus,. {5 {5}, kas lielā mērā bija pārklājies ar metalurgistiem pasaules pasaules mērogiem, {5}, kas ir lieliski pārklājies ar metālistēmiem pasaules pasaules mērogiem.
Tikai 1963. gadā profesors Kirils Stenlijs Smits (Smits, 1963. gads) pamanīja un ziņoja par šo pētījumu ., pamatojoties uz esošajiem eksperimentālajiem ierakstiem, tagad tiek uzskatīts, ka tas bija viens no agrākajiem pētījumiem, kas saistīti ar augstas entropijas sakausējumiem .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Diemžēl, jo trūkst uzmanības, progress ar augstas entropijas sakausējumiem gadu desmitiem ilgi apstājies {. Tikai 1993. gadā interese par augstas entropijas sakausējumiem tika valdīta . 1993. gadā, zinātnieki Kambridžas universitātē, visticamāk, veido "neskaidrības principu", kas liek domāt, ka sakausējumi ar augstāku entropiju ir lielāki, iespējams, ka amorfā ir “neskaidrības princips”, kas liek domāt, ka sakausējumi ar augstāku entropiju ierosina amorfu, kas ir amorfs, kas, iespējams, ir amorfs. Struktūras . Apmēram tajā pašā laikā Taivānas zinātnieks Yeh Jien-Wei un viņa komanda iepazīstināja ar novatorisku sakausējumu dizaina koncepciju, veidojot sakausējumus ar vairākiem galvenajiem elementiem un augstu sajaukšanas entropiju, kuras tās nosauca
Tomēr zinātniskajam progresam bieži ir nepieciešams laiks ., neskatoties uz šīs koncepcijas ieviešanu, saistītie pētījumu rezultāti gadiem ilgi nebija publicēti .
Visbeidzot, 2004. gadā profesors kantors no Lielbritānijas veica eksperimentu, kurā viņš pārsteidzoši izkausēja ar augstu sajaukumu-entropijas sakausējumu . pārsteidzoši, tā vietā, lai veidotu paredzamo amorfo struktūru, sakausējums izstrādāja vairākus trauslus kristāliskos fāzes . Šis atradums bija pretrunā. atzīmēja augstas entropijas sakausējumu dzimšanu .
Lai izskaidrotu šo fascinējošo parādību, Pekinas Zinātnes un Tehnoloģiju universitātes profesors Zhang Yong sniedza teorētiskus ieskatus, tādējādi ieliekot pamatus turpmākai pētīšanai par augstas entropijas sakausējumiem. Kopš tā laika augstas entropijas sakausējumi ir kļuvuši par mirdzošu zvaigzni sakausējumu materiālu jomā.
Pieaugot pētniecības entuziasmam, augstas entropijas sakausējumu jēdziens ir strauji paplašinājies tādās saistītās jomās kā:
Augstas entropijas keramika
Plānas plēves ar augstu entropijas
Augstas entropijas tēraudi
Lielas entropijas superaloys
Al-MG balstīti augstas entropijas vieglie sakausējumi
Augstas entropijas cietie sakausējumi
3. Augstas entropijas sakausējumu unikālās īpašības
Augstas entropijas sakausējumi ievieš jaunu skatījumu sakausējuma projektēšanā, pamatojoties uz konfigurācijas entropijas principu ., salīdzinot ar parastajiem sakausējumiem, Heas raksturo atšķirīgas dizaina koncepcijas un unikālas īpašības . Viņu unikalitāti var saprast no šādiem četriem aspektiem:
(1) Kompozīcijas īpašības
Heas iekļauj vairākus galvenos elementus, lai ieviestu ķīmiskos traucējumus, bez viena dominējoša elementa . atšķirībā no tradicionālajiem sakausējumiem, kuriem parasti ir primārais bāzes elements, heas sastāv no vairākiem galvenajiem leģējošajiem elementiem . Heaves sastāva dizaina galvenie raksturlielumi.
1. sakausējumā jābūt vismaz pieciem dažādiem elementiem .
2. Katra elementa atomu procentos jābūt no 5% līdz 35% .
(2) Attīstības īpašības
Pētījumam progresējot, augstas entropijas sakausējumu jēdziens ir attīstījies trīs galvenajos posmos:
Pirmās paaudzes heas:
Sastāv no pieciem vai vairāk leģējošiem elementiem .
Elementi ir vienādi (vienādi atomu attiecības) .
Struktūra: vienfāžu kompleksa cietā šķīduma sakausējums .
Otrās paaudzes heas:
Sastāv no četriem vai vairāk leģējošiem elementiem .
Ne-equiatomic elementu attiecības .
Struktūra: divfāžu vai daudzfāzu kompleksa cietā šķīduma sakausējums .
Trešās paaudzes heas:
Izvēršas augstas entropijas plānās plēvēs un keramikā .
(3) strukturālās īpašības
Neskatoties uz to vairākiem elementārajiem komponentiem, augstas entropijas sakausējumi parasti veido salīdzinoši vienkāršas fāzes struktūras, sacietējot {., nejauši izšķīdināts ciets šķīdums ir raksturīgā heas struktūra, bieži parādoties:
Uz seju vērstas kubiskās (FCC) struktūras
Uz ķermeni orientētas kubiskās (BCC) struktūras
Sešstūra cieši iesaiņotas (HCP) struktūras
Turklāt amorfās fāzes var veidoties arī dažos heas .
Secinājums
High-entropy alloys represent a revolutionary advancement in the field of alloy materials. Their unique composition, novel design approach, and promising properties make them highly valuable for next-generation structural and functional materials. With ongoing research, HEAs are expected to play a critical role in applications ranging from aerospace and automotive industries to energy, electronics, and biomedical lauki .
1. attēls Augstas entropijas sakausējuma fāzes struktūra
(4) Pārbaudītas veiktspējas īpašības
Pētījumi parādīja, ka augstas entropijas sakausējumiem (HEAS) ir daudz augstāku īpašību, salīdzinot ar tradicionālajiem sakausējumiem . Pašlaik zinātniski apstiprināti pieci galvenie HEA veiktspējas efekti:
1. zema kraušanas bojājuma enerģija
2. termiskā stabilitāte
3. starojuma pretestība
4. Korozijas pretestība
5. Veiktspējas kompromisa efekta mazināšana
4. Praktiskas lietojumprogrammas: kur spīd augstas entropijas sakausējumi
Augstas entropijas sakausējumu unikālie dizaina principi viņiem piešķir virkni izcilu īpašību, ieskaitot izcilu zemas temperatūras mehānisko veiktspēju, koroziju un nodilumu pretestību, augstas temperatūras stabilitāti un ārkārtas mīksto magnētisko īpašību . Šīs priekšrocības dod Heas milzīgu potenciālu, kur inženiertehniskie lietojumi . PIEZĪME PAMATĪTU PAPILDINĀT iespējas .
(1) Augstas entropijas mīkstie magnētiskie materiāli
Mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem raksturīgs, sasniedzot maksimālu magnetizāciju ar minimāliem ārējiem magnētiskajiem laukiem . Tos ir viegli magnetizēt un demagnētiski, padarot tos plaši izmantojamus elektriskajā un elektroniskajā aprīkojumā .
Pētījumi parādīja, ka dažām augstas entropijas sakausējumu sistēmām ir izcilas mīkstas magnētiskās īpašības {., un tie palīdz pārvarēt parasto mīksto magnētisko materiālu, piemēram, slikto mehānisko īpašību un nestabila liešanas veiktspējas ., kā rezultātā lielisku potenciālu, kas paredzēts lietojumprogrammām elektriskos motoros, transformatoriem un citiem rūpnieciskiem sektoriem {{3}.
(2) Augstas temperatūras sakausējuma materiāli
Augstas temperatūras sakausējumi ir metāla materiāli, kas var darboties augstā temperatūrā, un specifiskus stresa apstākļus ilgstoši . Šiem sakausējumiem ir nepieciešams:
Izcils augstas temperatūras spēks
Lieliska oksidācija un termiskā korozijas izturība
Laba izturība pret nogurumu un izturība pret lūzumu
Tie ir neaizstājami motora karstā klases komponentiem . Pētījumi norāda, ka augstas entropijas sakausējumiem ir ievērojama termiskā stabilitāte un pretestība oksidācijai paaugstinātā temperatūrā . Šis izrāviens piedāvā jaunas iespējas attīstīt komponentus, kas darbojas ekstrēmā vidē, piemēram,:
Motora turbīnu asmeņi
Augstas temperatūras inženierzinātņu materiāli
(3) Cietie instrumentu pārklājumi
Cietie instrumentu pārklājumi ietver augstas smaguma, nodiluma izturīgu sakausējuma plāna slāņa nogulsnēšanos uz griešanas instrumentu virsmām, lai aizsargātu pagriezienu, malšanu, ēvelēšanu un slīpēšanas instrumentus . HEA augstā cietība un izturība padara tos ideālus kandidātus šādiem pārklājumiem, efektīvi uzlabojot instrumenta veiktspēju un ilgmūžību .}}}}}}}}}}}}}}}} ĒDDĪBA ŽURŠ VĒSTURE.
(4) Augstas entropijas fototermālie pārveidošanas materiāli
Fototermiskā konvertēšana attiecas uz saules starojuma enerģijas koncentrēšanas procesu, izmantojot atstarošanos, absorbciju vai citus mehānismus, lai sasniegtu pietiekami augstu temperatūru un apmierinātu dažādas enerģijas prasības .
Sakarā ar skarbajiem fototermisko materiālu apkalpošanas apstākļiem tiem ir jāizrāda:
Lieliska augstas temperatūras stabilitāte
Augstāka izturība pret koroziju
Zema termiskās izplešanās koeficients
Spēcīga pretestība laika apstākļiem
Pētījumi parādīja, ka augstas entropijas sakausējuma plānām plēvēm ir izcila izturība pret koroziju un augstas temperatūras stabilitāte, padarot tās ļoti daudzsološas, lai uzlabotu fototermiskās pārveidošanas efektivitāti un uzlabotu saules enerģijas lietojumprogrammas .
2. attēls: fototermālā pārveidotāja siltuma savākšanas caurule
(5) Viegli augstas entropijas sakausējuma materiāli
Viegla svars ir svarīgs virziens nākotnes materiālu izstrādei . Pēdējos gados ir arī pētīti ar augstiem entropijas sakausējumiem, lai iegūtu vieglus materiālus, un tie ir sākuši komercializēt {. Parastie piemēri ir mobilo tālruņu korpusi, mobilo tālruņu kartes sloti un citas precizitātes detaļas .}}}}
3. attēls. Mobilā tālruņa apvalka apzīmogošana
(6) Citas lietojumprogrammas
Augstas entropijas sakausējumiem ir arī liels potenciāls vairākās citās jomās, ieskaitot:
Augstas entropijas metināšanas materiāli
Zemas aktivizācijas augstas entropijas sakausējumi
Pelējuma materiāli
Katalītiskie materiāli
Pusvadītāju difūzijas barjeru slāņi
5. Augstas entropijas sakausējumu nākotne
Kā var turpināt attīstīt augstas entropijas sakausējumus (HEA)? Šis jautājums ir galvenā zinātnieku bažas, attīstot jaunu materiālu klasi . pareizā pētījuma virziena izvēle ir būtiska, lai sasniegtu maksimālu progresu ar minimālu piepūli, dodot iespēju HEA spēlēt nozīmīgāku lomu ikdienas dzīvē un nacionālās aizsardzības lietojumprogrammas .}}
Raugoties nākotnē, ir divi galvenie attīstības virzieni, kuriem ir jāpievērš vislielākā uzmanība:
(1) Rentablākā veiktspējas reģiona identificēšana
No tradicionālajām sakausējumiem līdz augsta entropijas sakausējumiem, materiāli ir attīstījušies augoša entropijas tendencē. Tomēr eksperimentālie rezultāti norāda, ka attiecības starp sajaukšanas entropiju un materiālu veiktspēju ir nelineāras. Vienkāršiem vārdiem sakot, augstāka sajaukšanas entropija ne vienmēr nozīmē labāku sakausējuma veiktspēju.
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 iznākums . "
Saskaņā ar statistisko analīzi, visrentablākais reģions nav augstas entropijas sakausējuma domēnā, bet drīzāk pie robežas starp vidēja entropijas sakausējumiem un augstas entropijas sakausējumiem . Šis reģions ietver tādus materiālus kā:
Augstas temperatūras sakausējumi
Amorfi sakausējumi
Nerūsējoši tēraudi
Vidēja entropijas sakausējumi
Šie materiāli piedāvā labāku līdzsvaru starp izmaksām un veiktspēju, padarot šo pārejas reģionu par kritisku jomu turpmākai materiālu izstrādei .
4. attēls
(2) Augstas efektivitātes materiālu pētījumu metožu izstrāde
Augstas entropijas sakausējumi (HEA) uzrāda izcilas mehāniskās īpašības, izturība pret augsto temperatūru, nodiluma izturība un izturība pret koroziju, padarot tos ļoti daudzsološos dažādos laukos .. Tomēr pētījumi par augstas entropijas sakausējumiem joprojām ir agrīnā stadijā, un to rūpnieciskais pielietojums joprojām ir komplekss, un tas ir., salīdzinot ar tradicionālajiem visiem, un to apkopo., salīdzinot ar tradicionālajiem visiem, un to ir apkopojis, un tas ir {4. Īpašības neievēro lineāras attiecības ar entropiju ., kā rezultātā nav iespējams noformēt augstas veiktspējas daudzkomponentu materiālus, kuru pamatā ir tikai entropijas sajaukšana .
Materiālu dizains un attīstība ir laikietilpīgs process, tāpēc pētniecības efektivitātes uzlabošana ir galvenais faktors, lai paātrinātu Heas . attīstību
Augstas caurlaides tehnoloģijas loma
Šajā kontekstā augstas caurlaidības (HT) tehnoloģijas pieņemšana kļūst būtiska ., bet kas tieši ir augstas caurlaides spējas tehnoloģija, un kā tā var paātrināt materiālu attīstību?
Ja mēs salīdzinām sakausējuma materiālus ar okeānu un jaunu sakausējumu sistēmu izstrādi ar makšķerēšanu, tad tradicionālās sagatavošanas metodes ir kā makšķerēšana ar stieni, kur pētnieki var iegūt tikai vienu sakausējumu sistēmu vienā reizē . Šī "vienreizējā laika" pieeja ievērojami palēnina materiālu izpēti .}
Tagad iedomājieties, ja pētnieki varētu nodot tīklu, nevis izmantot zvejnieka, ļaujot viņiem uztvert vairākas sakausējumu sistēmas vienā mēģinājumā . Šī pieeja ievērojami uzlabotu pētniecības efektivitāti {.} Augstas caurlaidības tehnoloģija seko līdzīgam principam, dodot iespēju paralēli sagatavot vairākas sakausējuma sistēmas, tādējādi dramatiski paātrinot heas attīstību {{|
Gaiša nākotne augstas entropijas sakausējumiem
Hea ir straujā izaugsmes fāzē, un Ķīna šodien parādās kā galvenais spēks globālajā pētījumā ., jo kā pieaugošā materiālu zinātnes joma, hea turpina piesaistīt zinātnieku uzmanību visā pasaulē .
Lai arī joprojām ir daudz izaicinājumu, viņi nav atturējuši pētniekus no virzīt uz priekšu . kā jaunu robežu sakausējuma materiālos, hea tur milzīgu potenciālu un apsoliet nākotnei ., viņu noslēpumi gaida atšķetināšanu, un viņu iespējas ir bezgalīgi-jūs esat gatavs izpētīt viņu nezināmo spilgti?