高熵合金之父發表重磅論文！葉均蔚闡明高熵材料四大效應

當選中研院新科院士的清華大學材料系講座教授葉均蔚最近接受期刊《自然評論化學》（Nature Review Chemistry）邀請，發表重量級論文《闡明高熵材料四大效應》，闡明高熵材料四大核心效應，包括高熵、嚴重晶格扭曲、緩慢擴散及雞尾酒效應，並針對學術界爭論的一些疑點加以釐清。

葉均蔚開創高熵合金一家之學，被譽為「高熵合金之父」。自第一篇高熵合金的開山論文在 2004 年發表以來，全球許多學者紛紛投入此一新興研究領域，相關論文數呈指數成長，平均每天有 10 篇新的論文發表。

高熵材料指引未來能源解方

傳統合金通常以鋁、鎂等一種金屬元素為主，再添加少量的其他元素；過去普遍認為如果添加太多不同的金屬元素會使合金脆裂，甚至無法合成。葉均蔚提出的高熵理論及實證，顛覆傳統思維，提高亂度產生高混合熵（high mixing entropy），可將五種以上的金屬等比例或非等比例合成，創造出更強、更韌、更具延展性及耐高溫、耐腐蝕的高熵合金，就連美國能源部、各軍種實驗室、橡樹嶺等國家實驗室都積極投入此領域研究開發。

全球物理、化學、材料、機械、計算模擬等領域的科學家過去 20 年來紛紛投入高熵材料的研究，已研發出高熵合金、高熵陶瓷、高熵聚合物等多種高熵材料。葉均蔚認為，未來最具潛力的高熵材料之一就是「高熵觸媒」，可望突破電解水產氫使用貴金屬的瓶頸，解決未來能源問題，如丹麥幾年前就成立高熵觸媒研發中心。

葉均蔚十分看好高熵材料的耐高溫、抗輻射等特性，將有助於突破核融合反應爐或系統的材料瓶頸，因為取之不盡、用之不竭的能源可望大幅減少二氧化碳的排放，並將人類的太空旅行往前推進一大步。

實驗不斷證明高熵四大效應

為幫助各領域的科學家更了解高熵材料的基本原理及特性，成為葉均蔚心心念念的使命。葉均蔚指出，自己的想法裡，「熵」是哲學，也是一套思想體系，如果能把熵的哲學想通透，多元系統的研究思維就能四通八達，更有效率。

葉均蔚舉例，一德國研究團隊曾針對高熵材料的緩慢擴散效應設計實驗，認為結果與理論不甚符合，但葉均蔚看過論文後，發現他們比較擴散係數，並未考慮到不同材料的熔點各異；若將熔點納入考量，結果仍然符合緩慢擴散效應。有趣的是該團隊後來發表的論文也納入熔點因素，並承認緩慢擴散效應。葉均蔚說，科學就是這樣，「總是會有人質疑，但真理越辯越明」。

葉均蔚在這篇文章中詳細說明高熵材料的晶格扭曲效應，不同金屬原子的排列呈不規則狀態，但輻射照射產生的晶格破壞卻能互相調整，出現令許多科學家感到不可思議的「自癒」現象，也就是這個特性，使高熵材料能抗輻射並耐高溫，可望引領抗核融合及太空輻射線材料的研究突破。

同時，葉均蔚也闡明雞尾酒效應，可透過各種元素的特性、元素間相互作用及各結構因素對材料不同性質的影響，設計適當的成分及製程，得到更好的加乘特性，進而產生多元應用。如同調配雞尾酒一樣，調酒師掌握其中關連，即可享受調配開發新風味雞尾酒的樂趣。

（首圖左起為共同作者清華材料系博後研究員許瑋麟、教授葉安洲、「高熵合金之父」葉均蔚、教授蔡哲瑋，來源：清華大學）