很多人都知道，金属的脆化特性能够让合金被急速冷却之后失去了延展性，因而在外部的冲击力作用下很容易破碎，开奖，而这一特性已成为核聚变技术商业化的拦路虎之一：在一个可控的核聚变过程中，需要置极低温度中的超导电磁铁材料对一团温度超过1亿摄氏度的带电粒子云进行约束。因此，这些材料必须在这样的严苛的条件中，避免出现突然的断裂。

　　幸运的是，科学家们在所谓的“高熵合金（High-entropy Alloy）”中找到了一个看起来十分可行的答案。

　　2014 年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的罗伯特瑞奇（Robert Ritchie）与橡树林国家实验室的伊索乔治（Easo George）共同发现了一种由铁，锰，镍，钴和铬组成的合金，这种合金在越低的温度中（低至液氮温度-200℃）反而展现出更好的塑性（Bernd Gludovatz, et al. Science, 2014）。

　　之前的金属合金，常常是基于一个主要元素（含量超过50%），并在此基础上添加微量元素。但是“高熵合金”的新颖之处在于，这种合金是由多种元素以等比例或近似等比例混合而成，换句话说，即没有单个合金元素占主导地位。总之，普通合金和高熵合金的差别大抵类似于红烧肉和大杂烩。

　　随着高熵合金在核聚变反应堆，喷气飞机引擎到基础化学等诸多应用中崭露头角，科学家们发现的是一个丰富的而且尚未开采的新材料宝藏，而研究工作只是刚刚开始。

　　高熵合金在不同温度下的拉伸曲线（图片来源：B. Gludovatz, et al. Science, 2014）

　　近日，瑞士联邦理工的科学家拉尔夫斯波棱那科（Ralph Spolenak）利用离子共溅射手段制备出了Nb-Mo-Ta-W高熵合金。这种合金的强度超过20GPa，远远超过一般的合金。

　　在经历了长达 3 天，1100℃的退火处理之后，其强度仍然稳定在6-8GPa之间，是经过相同处理的纯W薄膜的10倍以上。目前来看，在超过现有镍基高温合金的萎烧点的温度下，难熔高熵合金依然能够保持坚固。那么，如此厉害的材料是如何被发现的？

Nb-Mo-Ta-W高熵合金纳米柱样品的扫描电子显微镜图像（左）和不同尺寸的样品的应力应变曲线（右）（图片来源：Y.Zou, et al. Nat. Commun., 2016）

　　1995年，当台湾国立清华大学材料科学家叶均蔚（Jien-Wei Yeh）穿越台湾乡间去台北参加会议时，他正在思索着一个困扰了诸多古老合金制造者们多年问题：添加更多的合金元素含量最终会抵消他们的益处。一直以来，传统合金的经验让研究者们错误的认为，添加多个元素含量之后，就会产生多种金属化合物，这会导致金属之间的小团簇的形成，导致材料变脆。

被称为“高熵合金之父”的叶均蔚教授

　　当时，叶均蔚突然意识到，答案或许藏在经典热力学理论之中。熵是衡量系统中混乱程度的度量，而热力学定律指出，当一个系统无序度增加时会变得更稳定。因此，与其从一个主要元素出发，通过添加微量的其他元素制备有序的合金，为什么不直接混合五个，六个或者更多的元素？

　　叶教授推断，将足够多的元素等比例混合在一起，最终得到的混合合金的无序度过高，或许能够阻碍那些导致合金脆化的团簇形成。这就是“高熵”的由来，相对应的，传统合金则属于“低熵合金”的范畴。

　　叶教授对他的理论深信不疑，以至于他在会后没有直接回家，反而驱车80公里前往他在国立清华大学的实验室中，并立即指派了他的一个研究生来实现这一想法。叶教授说，他在一两个星期内就制备出了第一种高熵合金。在一年以内，他们至少制备了40种不同的合金。

　　从一开始，这些合金就展现出十分诱人的性能：硬度高、韧性好、并且具有很好的耐腐蚀能力。这种性质被认为来源于原子尺寸不一致产生的晶格畸变，从而抑制了晶格内部位错（一种晶体缺陷）的自由滑移。