1. A név eredete
Az ötvözött anyagok területén emelkedő csillagként a nagy entrópia ötvözetek (HEA) születése szorosan kapcsolódik az . entrópia fogalmához, de mi pontosan az entrópia? Mielőtt bemutatnánk a magas entrópia ötvözetek rejtélyeit, először fedezzük fel a . entrópia világát
Az entrópia fogalmát Rudolf Clausius német fizikus vezette be a 1865. -ben a termodinamikában, az entrópia egy olyan paraméter, amely leírja a rendellenesség mértékét egy rendszerben-annál nagyobb a rendellenesség, annál magasabb az. entrópia entrópia.
Ennek a koncepciónak a jobb megértése érdekében használjuk a testnevelési (PE) osztályt példaként:
Alacsony entrópia állapot: Ha minden diák ugyanazt az egyenruhát viseli, csak néhány kivétellel, álljon tiszta sorokban, és végezzen bemelegítő gyakorlatokat egy kompakt formációban, a mozgási tartományuk korlátozott, és a rendszer entrópia alacsony .
Magas entrópia állapot: Ha a hallgatók különféle ruhákat viselnek, a formáció elutasítása után szétszóródnak, és szabad tevékenységeket folytatnak, a mozgási tartomány növekszik, és az osztály rendezetlenebbé válik, ami nagy entrópiát eredményez .
Analógia szerint minden hallgatóra úgy gondolhatunk, mint egy atomi egység egy ötvözet . ötvözetben, amikor az atomok rendezett módon vannak elrendezve, hasonlóan a formációban álló hallgatókhoz, az ötvözet rendszere alacsony entrópia állapotban van . Ezzel szemben, amikor az atomok véletlenszerűen oszlanak el, és szabadon mozognak, a rendszer eléri a rendszert .}}}}}}
A hagyományos ötvözetekhez képest az ötvözet világának újoncának magasabb entrópia értéke van . Ezért az anyagtudósok nagy entrópia ötvözetnek nevezték el . Ebben az összefüggésben a "magas entrópia" a kémiai vagy topológiai rendellenességek nagymértékűre utal, azaz az Atomice elrendezésben az ötvözetben nagymérték Magas-entrópia ötvözetek, fedezzük fel, hogyan fedezték fel ezt a lenyűgöző anyagot .
2. A nagy entrópia ötvözetek felfedezése
A nagy entrópia ötvözetek felfedezésének alapját már a 18. század végén fektették be. . A német tudós és a metallurgus, Franz Karl Achard innovatív tanulmányt készített, amelyben egy sorozatot készített többkomponensű ötvözetekből, amelyek öt-hét elemet tartalmaztak .}}}}}} azonban, a földi törésgátlók nagymértékben átfutották a méteres méteres műalkotást, amelyben a méteres méteres műalkotás nagymértékben átfutották a méteres műalkotást. Világszerte .
Csak 1963-ban Cyril Stanley Smith professzor (Smith, 1963) észrevette, és a meglévő kísérleti nyilvántartások alapján jelentette be ezt a kutatást.
Sajnos, a figyelem hiánya miatt, a magas entrópia ötvözetek évtizedek óta elindultak a ({1}} évtizedek óta az 1990-es évekre a nagy entrópia ötvözetek iránti érdeklődésük 1993-ban a Cambridge-i Egyetem tudósai, akiket a Cambride Ugyanebben az időben a tajvani tudós, Yeh Jien-Wei és csapata innovatív ötvözet-tervezési koncepciót tervező ötvözeteket vezettek be, amelyek több fő elemmel és magas keverési entrópiával, amelyeket nagy entrópia ötvözeteknek neveztek .
A tudományos fejlődés azonban gyakran időbe telik . e koncepció bevezetése ellenére, a kapcsolódó kutatási eredményeket évek óta nem tették közzé .
Végül, 2004-ben az Egyesült Királyság Cantor professzora kísérletet végzett, amelyben megolvasztotta a nagy keverék-entrópia ötvözetet . meglepő módon, ahelyett, hogy a várt amorf struktúrát kialakította volna, az ötvözet több törékeny kristályos fázist fejlesztett ki, . Ez a megállapítás ellentmond a konfúziós, de a YEH kiépítésének elméletét .}}}}}}}}}. A magas entrópia ötvözetek születése .
Ennek a lenyűgöző jelenségnek a magyarázata érdekében Zhang Yong professzor a Tudományos és Technológiai Egyetemen, Peking elméleti betekintést nyújtott, és azóta a HeAS . további kutatásának alapját képezte, azóta a magas entrópia ötvözetek ragyogó csillagként alakultak ki az ötvözött anyagok területén.
A kutatási lelkesedés növekedésével a nagy entrópia ötvözetek fogalma gyorsan kibővült olyan kapcsolódó területekre, mint például:
Nagy entrópia kerámia
Nagy entrópia vékony fóliák
Nagy entrópia acélok
Nagy entrópia szuperötvözetek
AL-MG-alapú, nagy entrópia könnyű ötvözetek
Magas entrópia kemény ötvözetek
3. A nagy entrópia ötvözetek egyedi jellemzői
A nagy entrópia ötvözetek új perspektívát vezetnek be az ötvözet tervezésében, a konfigurációs entrópia alapelvén alapulva, . A hagyományos ötvözetekhez képest, a HeAs jellegzetes tervezési koncepciók és egyedi tulajdonságok . Az egyediségük megérthető a következő négy aspektusból:
(1) Összetétel jellemzői
Heas beépítse a több fő elemet a kémiai rendellenesség bevezetésére, egyetlen domináns elem nélkül, . A hagyományos ötvözeteknél ellentétben, amelyek jellemzően elsődleges alapelemmel rendelkeznek, a HEA -k több fő ötvözetből állnak.
1. Az ötvözetnek legalább öt különféle elemet kell tartalmaznia .
2. Az egyes elemek atomi százalékának 5% és 35% között kell lennie .
(2) Fejlesztési jellemzők
A kutatás előrehaladtával a nagy entrópia ötvözetek fogalma három fő szakaszon keresztül fejlődött:
Első generációs heas:
Öt vagy több ötvöző elemből áll, .
Az elemek egyenlőség (egyenlő atomarány) .
Szerkezet: Egyfázisú komplex szilárd oldat-ötvözet .
Második generációs Heas:
Négy vagy több ötvöző elemből áll .
Nem egyenes egyenes elemi arányok .
Szerkezet: kettős vagy többfázisú komplex szilárd oldat-ötvözet .
Harmadik generációs heas:
Kibővítve nagy entrópiában vékony fóliákra és kerámiákra .
(3) szerkezeti jellemzők
Több elemi komponensük ellenére a nagy entrópia ötvözetek általában viszonylag egyszerű fázisszerkezeteket képeznek a megszilárduláskor . A véletlenszerűen oldott szilárd oldat a HeAS jellegzetes szerkezete, amely gyakran mutat::
Arc-központú köbös (FCC) struktúrák
Testközpontú köbméter (BCC) struktúrák
Hatszögletű, szorosan csomagolt (HCP) szerkezetek
Ezenkívül az amorf fázisok is kialakulhatnak néhány HEAS -ban is .
Következtetés
A nagy entrópia ötvözetek forradalmian új fejlõdést képviselnek az ötvözött anyagok területén . Egyedülálló összetételük, új tervezési megközelítésük és ígéretes tulajdonságok rendkívül értékessé teszik őket a következő generációs strukturális és funkcionális anyagok számára . A folyamatban lévő kutatásokkal, a BIOTICALICAL-ra, és a BIODICALICAL-ig, és a BIODICALICAL-ig, és a BIODICALICAL-ig, és a BIODICALICAL-ig, és a BIOTICALICAL-ig, és a BIOTICALICAL-ig, és a BIODICALICAL-ig, és a BIODICALICAL-ig, és a BIOTICALICAL-ig, a BIOTICALICAL-ig, és mezők .
1. ábra A magas entrópia ötvözet fázisszerkezete
(4) Ellenőrzött teljesítményjellemzők
A kutatások kimutatták, hogy a magas entrópia ötvözetek (HeA) számos kiváló tulajdonsággal rendelkeznek a . hagyományos ötvözetekhez képest, jelenleg a HeA-k öt fő teljesítményhatása tudományosan megerősített:
1. Alacsony egymásra rakás
2. hőstabilitás
3. sugárzási ellenállás
4. korrózióállóság
5. A teljesítmény kompromisszumának enyhítése
4. Gyakorlati alkalmazások: Ahol a magas entrópiát ötvözetek ragyognak
A nagy entrópiát ötvözetek egyedi tervezési alapelvei kiemelkedő tulajdonságokat biztosítanak számukra, ideértve a kiváló alacsony hőmérsékletű mechanikai teljesítményt, a korrózió és a kopásállóságot, a magas hőmérsékleti stabilitást és a kivételes lágy mágneses tulajdonságokat . Ezek az előnyök hatalmas potenciált biztosítanak a mérnöki alkalmazásokban. HASZNÁLATOK .
(1) nagy entrópiában lágy mágneses anyagok
A puha mágneses anyagokat a maximális mágnesezés elérésével jellemzik, minimális külső mágneses mezőkkel . Könnyen mágnesesíthetők és demagnetizálhatók, így széles körben használják őket elektromos és elektronikus berendezésekben .
A tanulmányok kimutatták, hogy egyes nagy entrópiát ötvözött rendszerek kiváló puha mágneses tulajdonságokat mutatnak .} emellett segítenek legyőzni a hagyományos lágy mágneses anyagok hiányosságait, például a rossz mechanikai tulajdonságokat és az instabil casting teljesítményt .. Ennek eredményeként nagy potenciállal rendelkezik az elektromos motorokban, a transzformátorokban és más ipari {{3} alkalmazásokban.
(2) Magas hőmérsékletű ötvözött anyagok
A magas hőmérsékletű ötvözetek olyan fém anyagok, amelyek magas hőmérsékleten és konkrét stressz-körülmények között működhetnek hosszabb ideig . Ezek az ötvözetek megkövetelik:
Kivételes magas hőmérsékleti szilárdság
Kiváló oxidációs és termikus korrózióállóság
Jó fáradtság ellenállás és törés szilárdsága
Nélkülözhetetlenek a motor forró végű alkatrészeihez. . A kutatások azt mutatják, hogy a nagy entrópia ötvözetek figyelemre méltó hőstabilitást és oxidációs ellenállást mutatnak megemelkedett hőmérsékleten . Ez az áttörés új lehetőségeket kínál a szélsőséges környezetben működő alkatrészek fejlesztésére, például:
Motoros turbina pengék
Magas hőmérsékletű mérnöki anyagok
(3) Kemény szerszámbevonatok
A kemény szerszámbevonatok magukban foglalják a magas keménységű, kopásálló ötvözet vékonyrétegét a vágószerszámfelületekre a fordulás, őrlés, tervezés és őrlési eszközök védelme érdekében.
(4) Nagy-entrópia fototermikus konverziós anyagok
A fototermikus átalakítás a napsugárzás energia koncentrálásának folyamatára utal reflexió, abszorpció vagy más mechanizmus révén, hogy elérjék a megfelelő hőmérsékletet és megfeleljenek a különféle energiaigényeknek .
A fototermikus anyagok kemény szolgáltatási feltételei miatt ki kell mutatniuk:
Kiváló, magas hőmérsékleti stabilitás
Kiemelkedő korrózióállóság
Alacsony hőtágulási együttható
Erős időjárási ellenállás
A tanulmányok kimutatták, hogy a magas entrópiát ötvözött vékony filmek kiemelkedő korrózióállósággal és magas hőmérsékleti stabilitással rendelkeznek, így nagyon ígéretesnek tekintik őket a fototermikus konverziós hatékonyság javításához és a napenergia-alkalmazások előmozdításához .
2. ábra: Hőgyűjtő cső fototermikus konverter
(5) Könnyű, magas entrópia ötvözött anyagok
A könnyűsúly a jövőbeni anyagok fejlesztése szempontjából fontos irány a .} Az utóbbi években a magas entrópia ötvözeteket is megvizsgálták a könnyű anyagok esetében, és elkezdték forgalmazni . A gyakori példák a mobiltelefon -esetek, a mobiltelefonkártya -nyílások és az egyéb precíziós alkatrészek .}}}}}}}}}}}}}
3. ábra Mobiltelefon tok bélyegzése
(6) Egyéb alkalmazások
A nagy entrópiát ötvözetek számos más területen is nagy potenciállal rendelkeznek, ideértve a következőket is:
Nagy entrópia hegesztő anyagok
Alacsony aktiválású, nagy entrópiát ötvözetek
Penészanyagok
Katalitikus anyagok
Félvezető diffúziós gátrétegek
5. A nagy entrópia ötvözetek jövője
Hogyan lehet tovább fejlődni a magas entrópiát ötvözetek (HEA)? Ez a kérdés a tudósok elsődleges aggodalma az új anyagok osztályának előmozdításakor . A megfelelő kutatási irány kiválasztása elengedhetetlen a maximális előrehaladás eléréséhez, minimális erőfeszítéssel, lehetővé téve a HeA -k számára, hogy jelentősebb szerepet játsszanak a mindennapi életben és a nemzetvédelmi alkalmazásokban .
A jövőre nézve két kulcsfontosságú fejlesztési iránya van, amelyek megérdemlik a legnagyobb figyelmet:
(1) A legköltséghatékonyabb teljesítményterület azonosítása
A hagyományos ötvözetektől a nagy entrópia ötvözetekig az anyagok a . entrópia növekvő tendenciáján fejlődtek ki azonban a kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a keverés entrópia és az anyagi teljesítmény közötti kapcsolat egyszerűen egy magasabb keverési entrópia nem feltétlenül fordítja jobb ötvözet teljesítményét.}}}}}}}}
A magasabb entrópia vakon folytatása nem garantálja az anyagtulajdonságok korlátlan optimalizálását .}, amint az entrópia növekszik, az alkotóelemek száma is, amely közvetlenül növeli az ötvözet termelési költségeit, és ez azt jelenti, hogy a kizárólag a magas entrópiára összpontosítva a beruházásokra való összpontosítás, és a befektetések, és a befektetések, a "loose-t, a" loose-t a "losed-hez való összpontosítás," losed-t, "losed-t," lazióra, a "loose-ba. eredmény . "
A statisztikai elemzések szerint a legköltséghatékonyabb régió nem a nagy entrópia ötvözet doménben található, hanem a közepes-entrópia ötvözetek és a nagy entrópia ötvözetek . közötti határán, ez a régió olyan anyagokat tartalmaz, mint például:
Magas hőmérsékleti ötvözetek
Amorf ötvözetek
Rozsdamentes acélok
Közepes-entrópia ötvözetek
Ezek az anyagok jobb egyensúlyt kínálnak a költségek és a teljesítmény között, így ez az átmeneti régió kritikus terület a jövőbeni anyagfejlesztés szempontjából .
4. ábra: "Az ötvözött anyagok költséghatékonysága"
(2) A nagy hatékonyságú anyagkutatási módszerek kidolgozása
A nagy entrópia ötvözetek (HEAS) kiemelkedő mechanikai tulajdonságokkal, magas hőmérsékletű ellenállással, kopásállósággal és korrózióállósággal rendelkeznek, és különféle területeken nagyon ígéretesvé teszik őket. Kövesse a . entrópia lineáris kapcsolatát ennek eredményeként lehetetlen megtervezni a nagyteljesítményű többkomponensű anyagokat, amelyek kizárólag az entrópia keverése alapján .
Az anyagtervezés és fejlesztés időigényes folyamat, tehát a kutatás hatékonyságának javítása kulcsfontosságú tényező a HEAS fejlődésének felgyorsításában .
A nagy teljesítményű technológia szerepe
Ebben az összefüggésben a nagy áteresztőképességű (HT) technológia elfogadása elengedhetetlenné válik ., de mi pontosan a nagy teljesítményű technológia, és hogyan tudja felgyorsítani az anyagfejlesztést?
Ha összehasonlítjuk az ötvözött anyagokat az óceánnal és az új ötvözet-rendszerek fejlesztését a halászathoz, akkor a hagyományos előkészítési módszerek olyanok, mint egy rúddal való horgászat, ahol a kutatók csak egy ötvözetrendszert kaphatnak egyszerre . Ez az "egy-egy-egy-egy-egy-egy megközelítés szignifikánsan csökkenti az anyagkutatást .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Képzelje el, hogy ha a kutatók horgászbotot használnának, ha a kutatók egy hálóval is dobnának, lehetővé téve számukra, hogy több ötvözet-rendszert egyetlen kísérletben rögzítsenek ..
Fényes jövő a magas entrópia ötvözetek számára
A HEAS gyors növekedési szakaszban van, Kína a globális kutatás egyik fő erejeként jelent meg a ., mivel az Anyagtudományi Field emelkedő csillaga továbbra is vonzza a tudósok figyelmét világszerte .
Noha sok kihívás továbbra is fennáll, nem akadályozták meg a kutatókat attól, hogy a . új határt az ötvözött anyagokban előrelépjenek, hatalmas potenciállal rendelkezzenek, és ígéretük a jövőre . rejtélyeik várják, hogy kibontakozzanak, és lehetőségeik korlátlanok, készen állsz arra, hogy felfedezzék ismeretlen Brillianciájukat?