中國粉體網訊 1995年，Yeh等突破材料設計的傳統理念，在非晶合金基礎上提出了新的合金設計理念，稱為高熵合金(High Entropy Alloy，HEA)。該合金由5種及以上元素以等原子比或近等原子比組成，每種元素含量為5%~35%。這種理念突破了傳統合金以一種或兩種元素為主的設計思路，為合金發展開拓了一條全新道路。
盡管HEA的組成元素種類較多，但其更傾向于形成簡單的固溶體結構，常見的結構類型包括面心立方（FCC）、體心立方（BCC）和密排六方（HCP）等。
相較于傳統金屬材料，HEA具有以下4個方面的效應：一是熱力學上的高熵效應，使體系更傾向于形成單相固溶體、穩定的相結構；二是動力學上的緩慢擴散效應，HEA的多組元相互作用導致原子擴散緩慢，不利于相的析出；三是結構上的晶格畸變效應，HEA中不同組分間的原子半徑、晶格勢能及鍵類型的差異導致合金的晶格發生畸變，有利于合金力學性能的提升；四是性能上的雞尾酒效應，雞尾酒效應是指各元素之間的相互作用所產生的復合效應，即可以產生性能上的突變。
這些效應賦予HEA優異的性能，如Ti0.5CoCrFeNiAl具有很高的強度，CoCrFeNiCuAl0.5的延展性很好，Al0.5CoCrCuFeNi具有優異的抗疲勞性能，Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti合金具有優良的耐磨性，Al0.5CoCrCuFeNi合金具有很優異的耐腐蝕性，TiCoCrFeNiAlSi具有很好的抗高溫氧化性等。因此，HEA成為近年來最具發展潛力的金屬材料之一。
HEA粉體在儲氫領域的應用
高熵合金由多種非貴重金屬元素融合而成，具有顯著的晶格畸變特性，由于各元素原子半徑的差異，原子半徑的不同會產生較大的間隙位置，同時其多主元特點提升了與氫的結合能，因此，高熵合金粉末在儲氫領域潛力巨大，或將成為稀土儲氫材料的強勁競爭對手。
瑞典烏普薩拉大學研究發現，TiVZrNbHfHEA具有超高的儲氫量。在299℃、氫壓為0.5 MPa的條件下，其最大的氫與金屬的原子比（x）可以達到2.5，對應的儲氫量質量分數為2.7%。通常情況下，金屬儲氫材料的x最高只有2，因此，這一突破性的發現激發了全球范圍內研究學者對于HEA儲氫的研究興趣。
目前，研究人員主要通過合金化來增加HEA粉體結構缺陷和比表面積，從而提高氫氣的吸附能力和儲存密度。此外，HEA的復合結構也有助于提升吸附和脫附氫氣的熱力學性能，從而提高儲氫合金材料的能量密度和吸附或釋放速率。
HEA粉體在催化領域的應用
HEA粉體在化學反應中能夠顯著提高催化劑的活性和選擇性，從而實現高效催化反應。通過特殊的配方和制造工藝，可以制備出具有優異催化性能的HEA粉體催化劑，在環境保護和節能等領域具有潛在的應用價值。研究發現，HEA粉體催化劑在水處理領域有著良好的應用前景。該催化劑表現出優異的催化氧化性能，能夠高效降解廢水中的有機物和重金屬離子，實現廢水的凈化和回收，并且具有可循環使用的特點，對環境保護產生積極影響。
例如，以AuAgPtPdCu HEA粉體制成的催化劑在有機合成反應中展現出卓越的催化活性和選擇性，尤其在高效還原CO2為高附加值的化學品（如乙酸、乙烯等）方面表現出優異性能，具有較高的經濟和環保價值。在催化劑的開發過程中，通過加入不同的元素和調整配比，可以制備出具有不同活性和選擇性的HEA粉體催化劑。
HEA粉體在生物醫學領域的應用
在骨科植入物和牙科治療材料方面，HEA具備優異的力學性能和生物相容性，可以顯著提高醫療設備的質量和安全性。出色的耐腐蝕性和生物相容性使得HEA在長期植入體內時表現出優異的耐用性和生物穩定性。
此外，納米HEA粒子在腫瘤藥物及致癌物質的研究也引起了廣泛的關注。同時，在細胞分離和細胞內染色技術等領域也發揮著重要作用。例如，可將安全的納米磁性粒子注射到人體中，這些粒子表面包覆有高分子物質，具有良好的生物相容性。在外部磁場的驅動下，納米粒子可以被引導至病變區域，從而通過聯合診斷和治療的方式實現精確治療。未來，HEA納米粉體有望在醫學造影、藥物傳遞、細胞染色、細胞分離以及消毒殺菌等醫學領域獲得應用。
HEA粉體在電磁屏蔽領域的應用
研究人員對2種不同尺寸的AlCoCrFeNi HEA粉體進行了電磁干擾屏蔽效果的研究。結果表明，AlCoCrFeNi HEA是一種潛在的屏蔽材料，其屏蔽效果隨著Al、Cr粉粒徑的減小而增強。在制備電磁屏蔽膜或涂層時加入HEA粉體，可以提高其電磁屏蔽效果。此外，HEA粉體還可以用于制備復合材料，如HEA納米復合材料，能夠提高電磁屏蔽材料的力學性能和熱穩定性，從而達到更加理想的屏蔽效果。
未來人們可以利用HEA粉體的高電導率和高磁導率，開發出電磁波吸收材料，如電磁屏蔽墻板和電磁隔離室等產品，以實現對電磁波的屏蔽。此外，HEA粉體也可用于微波爐和磁控陰極等電子設備零部件的制造，以提高其穩定性。
HEA粉體的制備
高熵合金粉體制備技術主要包括機械合金化（MA）、霧化法、射頻等離子體球化法（RFPS）、等離子電弧法（PAD）、化學還原法（CR）等。在制備技術選擇過程中，首先應考慮應用場景所需粉體的自身特性和工藝特性，其次還應兼顧制備技術的經濟性、環保性、可否批量化生產等方面的問題。
參考來源：
[1]董福宇等：高熵合金粉體制備及應用的發展現狀，沈陽工業大學
[2]張衛東等：高熵合金粉體研究進展，湖南大學
[3]權峰等：高熵合金粉體制備及應用研究進展，安徽工業大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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