1. Porijeklo imena
Kao rastuća zvijezda u području legure materijala, rođenje visokih entropijskih legura (heaja) usko je povezano sa konceptom entropije . ali šta tačno je entropija? Prije otkrivanja misterija legura visokog entropije, prvo istražimo svijet entropije .
Koncept entropije uveo je njemački fizičar Rudolf Clausius u termodinamici, entropija je parametar koji opisuje stepen poremećaja u sistemu - veći poremećaj, što je veća entropija .
Da biste bolje razumili ovaj koncept, da koristimo klasu fizičkog vaspitanja (PE) kao primjer:
Stanje niskog entropije: Kada svi studenti nose istu uniformu sa samo nekoliko izuzetaka, stajte u urednim redovima, a vršite vježbe zagrevanja u kompaktnom formaciji, njihov raspon kretanja je ograničen, a entropija sistema je nizak, a entropija sistema je nizak .
Stanje visokog entropije: Kada studenti nose razne odjeće, rasprši se nakon otpuštanja formiranja i uključiti se u slobodne aktivnosti, raspon kretanja se povećava, a klasa postaje neuređena, što je rezultiralo visokim entropijskim državom .
Analogy, na svakog učenika možemo pomisliti kao atomsku jedinicu u leguru . kada su atomi uređeni, slični studentima koji stoje u formiranju, a nemorno je u stanju da se atomi nasumično distribuiraju i kreću se u sustavu, sustav stiže do visokog entropijskog stanja .
U odnosu na konvencionalne legure, ovaj privremenik u leguru ima veću vrijednost entropije . u ovom kontekstu nazvali su visokim stupnjem hemijskog ili topološkog poremećaja, što znači da je atomski aranžman unutar legura visoko kao da smo predstavili koncept visokontropije Legure, hajde da istražemo kako je otkriven ovaj fascinantan materijal .
2. Otkriće legura visokog entropije
Fondacija za otkrivanje legura visokog entropijskih legura bila je rano kao i njemački naučnik i metalurgist iz 18. vijeka, međutim, pripremio niz višekomponentnih legura koji sadrže pet do sedam elemenata u velikoj mjeri previdjenim metalurgistima širom svijeta u velikoj mjeri zanemarivši svjetske širom svijeta;
To nije bilo da je profesor Cyril Stanley Smith (Smith, 1963.) primijetio i izvijestio da je ovo istraživanje na osnovu postojećih eksperimentalnih zapisa, sada vjeruje da je to jedna od najranijih studija vezanih za legure visokog entropije;
Nažalost, zbog nedostatka pažnje, napredak na visokim legurima zastao je decenijama ., to nije bilo zainteresovano za relegare visokog entropijskih legura. Tajvanski naučnik Yeh Jien-Wei i njegov tim predstavili su legure sa inovativnim legurom dizajna sa više glavnih elemenata i visoku entropiju miješanja, koju su nazvali visoke legure .
Međutim, naučni napredak često treba vremena . uprkos uvođenju ovog koncepta, povezani nalazi istraživanja ostali su neobjavljeni za godine.
Konačno, profesor Cantor iz Velike Britanije proveo je legure visokog mešavanja ., umjesto da je formirao višestruke amorfne strukture, ali potvrdio je teoriju za konfuziju {. ovo neočekivano otkriće službeno obilježilo rođenje visokontropije Legure .
Da bi se objasnio očaravajući fenomen, profesor Zhang Yong na nauci i tehnologiju Pekingu, postavljao teorijske uvide, polaganje temelja za daljnja istraživanja o heajama . izveli su sjajne legure u polju legure u polju legure.
Kako se istraživački entuzijazam raste, koncept visokontropijskih legura brzo se proširio na povezana polja kao što su:
Keramika visokog entropije
High-entropy tanki filmovi
Visoke entropijske čelike
High-Entropy SuperAlloys
Al-mg-bazirano-entropy lagane legure
High-Entropy Hard legure
3. Jedinstvene karakteristike legura visokog entropije
Visoko entropijske legure uvode roman u dizajnu legura na osnovu konfiguracijskog principa entropije . u odnosu na konvencionalne legure, heas ima karakteristične dizajnerske koncepte i jedinstvena svojstva . njihova jedinstvenost mogu se shvatiti iz sljedećih četiri aspekta:
(1) Karakteristike sastava
Heas uključuje više glavnih elemenata za uvođenje hemijskog poremećaja, bez ikakvih dominantnih elemenata . za razliku od tradicionalnih legura, koji obično imaju primarni osnovni element, heas se sastoji od više glavnih legiranih elemenata . ključne karakteristike dizajna HEA-e-sastava uključuju:
1. Legura mora sadržavati najmanje pet različitih elemenata .
2. Atomski procenat svakog elementa mora biti između 5% i 35%.
(2) Razvojne karakteristike
Kako se istraživanje napreduju, koncept visokih legura evoluirao je kroz tri glavne faze:
Heas prvo generacija:
Sastoji se od pet ili više legiranih elemenata .
Elementi su ekvivarijski (jednaki atomski omjeri) .
Struktura: jednofazni kompleks od legura čvrstog rješenja .
Druga generacija Heas:
Sastoji se od četiri ili više legiranih elemenata .
Omjer neekvalitetnih elemenata .
Struktura: dvostrukofazna ili višefazna kompleksna legura čvrstog rješenja .
Heas treće generacije:
Proširio se u visoke entropijske tanke filmove i keramike .
(3) Strukturne karakteristike
Uprkos njihovim više elementarnim komponentama, visoke legure obično formiraju relativno jednostavne fazne strukture nakon učvršćivanja. nasumično rastvorene čvrsto rješenje je karakteristična struktura heaja, često izlaganja:
Kubične (FCC) konstrukcije sa licem centriranim (FCC)
Kubičke (BCC) usmjerene na tijelo
Šesterokutne konstrukcije za zatvaranje (HCP)
Uz to, amorfne faze mogu se formirati i u nekim heajama .
Zaključak
Visoke entropijske legure predstavljaju revolucionarni napredak u oblasti legure materijala . njihov jedinstveni kompozicija, a obećavajući svojstva čine ih visoko vrednim za strukturni i funkcionalni reprezentacioni materijali . u rasponu od vazduhoplovnih i automobilske industrije za energetiku, i biomedicinska polja .
Slika 1 fazna struktura visoke entropijske legure
(4) Provjerene karakteristike performansi
Istraživanje je pokazalo da su srednje legure (heaje) posjeduju brojna superiorna imovina u odnosu na tradicionalne legure . trenutno, pet glavnih efekata heja je naučno potvrđeno:
1. Nisko slaganje grešaka energije
2. Termička stabilnost
3. Otpornost na radijaciju
4. Otpornost na koroziju
5. Ublažavanje efekta zaštite performansi
4. Praktične primjene: gde sjajno legure sjaji
Jedinstveni principi dizajna dodijeli im niz izvanrednih svojstava, uključujući odlične otpornosti na niskotemperaturnu mehaničku performanse, koroziju i izvanredne meke magnetske nekretnine . Hajde da istražujemo nekoliko ključnih polja u kojima visoke legure pokazuju svoje izvanredne mogućnosti .
(1) visokontrolični meki magnetni materijali
Mekani magnetski materijali karakteriziraju se postizanje maksimalne magnetizacije sa minimalnim vanjskim magnetskim poljem . lako se magnetiziraju i demagnetizuju, čineći ih široko korištenim u električnoj i elektroničkoj opremi .
Pored toga su pokazale da određeni sistemski legura pokazuju odlična meka magnetna svojstva ., oni pomažu u prevladavanju uobičajenih mekih magnetskih materijala, poput loših mehaničkih svojstava i nestabilnih livenih performansi . za primjenu u elektromotorima, transformatorima i drugim industrijskim sektorima .
(2) materijali od legure visoke temperature
Legure visokih temperatura su metalni materijali koji mogu raditi pod visokim temperaturama i specifičnim stresnim uvjetima za duže vrijeme . ove legure zahtijevaju:
Izuzetna čvrstoća na visokoj temperaturi
Izvrsna otpornost na oksidaciju i toplotnu koroziju
Dobra otpornost na umor i žilavost loma
Oni su neophodni za vruće krajnje komponente . Istraživanja pokazuju da visokontrolične legure pokazuju izvanrednu toplinsku stabilnost i otpornost oksidacije na povišenim temperaturama . ovaj proboj nudi nove mogućnosti za razvoj komponenti koje rade u ekstremnim okruženjima, kao što su:
Oštrice motornih turbina
Materijali visokog temperaturnog inženjeringa
(3) Premazi tvrdog alata
Tvrdi premazi uključuju polaganje visokog tvrdoće, legure otpornog na habanje na rezanje površina za rezanje, glodanje, rezing i brušenje alata . visoke tvrdoće i snage heaja čine ih idealnim kandidatima za takve prevlake, učinkovito poboljšanje performansi alata i dugovječnosti .
(4) visokoentrolični fototermni materijali za pretvorbu
Fototermalna konverzija odnosi se na proces koncentracije solarnog zračenja energije kroz refleksiju, apsorpciju ili druge mehanizme za postizanje dovoljno visokih temperatura i ispunjavanje različitih potreba za energijom .
Zbog oštrih usluga fototermalnih materijala, moraju izložiti:
Odlična stabilnost na visokoj temperaturi
Vrhunska otpornost na koroziju
Niski toplotni koeficijent ekspanzije
Snažna otpornost na vremenske prilike
Studije su pokazale da visoke legurne tanke filmove posjeduju izvanrednu otpornost na koroziju i visokotemperaturnu stabilnost, čineći ih vrlo perspektivnim za poboljšanje fototeramne efikasnosti pretvorbe i unapređenje primjene solarne energije .
Slika 2: Kolekcionarska cijev za sakupljanje fototerame
(5) Lagane materije visokog entropije
Lagana je važan smjer za razvoj budućih materijala . u posljednjih nekoliko godina proučavani su i velike entropijske legure za lagane materijale i počeli su komercijalizirati . zajednički primjeri uključuju mobilne telefone, utora za mobilne telefone i druge precizne dijelove.
Slika 3 Štampanje kućišta mobilnog telefona
(6) Ostale aplikacije
Legure visokog entropije takođe imaju veliki potencijal u nekoliko drugih polja, uključujući:
Materijali za zavarivanje visokog entropije
Nisko-aktivacijske legure visokog entropije
Materijali kalupa
Katalitički materijali
Poluvodič za difuziju barijera
5. Budućnost legura visokog entropije
Kako se mogu dalje razvijati visoke entropijske legure (heas)? Ovo je pitanje glavna zabrinutost za naučnike prilikom unapređenja novog klase materijala . birajući pravu smjer istraživanja ključan je za postizanje maksimalnog napretka uz minimalan napor, omogućavajući igranju značajnije uloge u svakodnevnom životu i nacionalnoj prijavi odbrane.
Gledajući unaprijed, postoje dva ključna razvoja upute za koje zaslužuju najviše pažnje:
(1) Prepoznavanje najefikasnijeg regije performansi
Od tradicionalnih legura do relijskih legura, evoluirani su duž trenda sve veće entropije ., međutim, u jednostavnim pojmovima ukazuju na odnos između entropije mešavine i materijalnih performansi, nelinearno ., veća entropija miješanja ne mora se nužno prevesti u bolje legirane performanse .
Slepo da se bava veća entropija ne garantuje neograničenu optimizaciju materijalnih svojstava . kao što se entropija povećava, tako da se fokusira samo na visokoj entropiji, gde se povećavaju troškove, u čemu se povećava troškove - scenarij "gubitka i investicije i ishoda ."
Prema statističkim analizama, najefikasnija regija nije u domenu od legure visokog entropije, već na granici između legura srednje entropije i visokih entropijskih legura . Ovaj region uključuje materijale kao što su:
Legure sa visokim temperaturama
Amorfne legure
Nerđajući čelici
Srednje entropijske legure
Ovi materijali nude bolju ravnotežu između troškova i performansi, čineći ovu tranzicijsku regiju kritično područje za razvoj budućih materijala .
Slika 4 "ekonomičnost" legure materijala
(2) Razvijanje metoda istraživanja materijala visokog efikasnosti
Visoke entropijske legure (heas) pokazuju izvanredna otpornost na temperaturu, otpornost na habanje i čineći ih u ranoj poljima, a njihova industrijska primjena u tijeku je u odnosu na tradicionalne legure, a njihova imanja ne slijede linearni odnos sa Entropija . Kao rezultat toga, nemoguće je dizajnirati višekomponentne materijale visoke performanse zasnovane isključivo na entropiji mešanja .
Dizajn i razvoj materijala je dugotrajan proces, tako da je poboljšanje efikasnosti istraživanja ključni faktor ubrzavanju napretka Heaja .
Uloga tehnologije sa visokim putem
U tom kontekstu, usvajanje tehnologije visokog propusnosti (HT) postaje bitno . ali šta je tačno tehnologija visoke propusnosti i kako može ubrzati razvoj materijala?
Ako uporedimo legure u okeanu i razvoju novih leguranih sustava za ribolov, tada su tradicionalne metode pripreme poput ribolova sa štapom, gdje istraživači mogu dobiti samo jedan od legure u isto vrijeme samo . "koji značajno usporava istraživanje materijala .
Zamislite da li su istraživači mogli baciti mrežu umjesto da koriste ribolovnu šipku, omogućujući im da u jednom pokušaju uhvate višestrukim sustavima . koji bi u velikoj mjeri poboljšali izrazit će se omogućiti paralelnoj pripremi više legura odjednom, čime dramatično ubrzava razvoj heaja .
Svijetlu budućnost za legure visokog entropije
Heas je u brzoj fazi rasta, a Kina se danas pojavljuje kao glavna sila u globalnom istraživanju . kao u porastu zvezde nauke o materijalima, heas i dalje privlače pažnju naučnika širom svijeta .
Iako mnogi izazovi nisu odvratili istraživače da guraju naprijed . kao novu granicu u leguru, heas drži ogroman potencijal i obećavaju da se njihove misterije čekaju, a njihove mogućnosti su neograničene - da li ste spremni istražiti njihovo nepoznato sjaj?