中研院研發超彈性高熵合金突破極限 可應用能源、航太

隨著尖端科技發展，材料科學研發也日新月異。中研院應用科學研究中心研究員包淳偉與跨國團隊合作，以理論模擬結合實驗結果，研發出超彈性高熵艾林瓦 (Elinvar) 合金，擁有目前所知最高標準化強度、極低的彈性能耗損，能承受更大的外加應力、應變，不易變形，成果於近期登上國際知名學術期刊《自然》(Nature)。

包淳偉表示，研究團隊正持續進行更大尺度的分子模擬，希望能將此研究成果應用在要求恆定彈性、需應付溫度急遽變化的高精密元件中，例如民生、生醫、能源、航太等產業。

中研院指出，傳統合金材料是由一種成分濃度最高的主體元素加入其他元素組成，例如鋼材是以鐵為主體元素，再摻雜碳及其他元素，而高熵合金 (high entropy alloy) 是由多種元素以相近濃度均勻混合，突破傳統材料瓶頸，具有強度提升，更加耐磨、耐溫及輕量化等優勢。

自從清大材料科學工程學系特聘教授葉均蔚於 2004 年提出高熵合金的概念以來，目前已有少部分的產業應用，如金屬切削加工使用的刀具等。許多研究人員在此基礎上持續深化，除高熵合金外，目前材料學界也積極研發其他高熵材料，如高熵陶瓷、高熵二維材料等，預期可應用在電池、產氫技術及光電領域。

中研院說明，此次研究團隊結合電腦模擬與實驗，首次發現結合鈷、鎳、鉿、鈦、鋯這五種元素，原子大小差異高達 11% 的組合，能形成晶體結構穩定的高熵合金。經原子尺度的電腦模擬發現，新合金內原子的獨特結構，導致其內部原子約 9% 的晶格畸變，遠超過一般高熵合金材料的 2%，因此增加原子間差排移動的難度，不容易產生永久變形。

機械性質量測結果也顯示，這種新合金有目前所知的最高彈性極限，相較絕大部分金屬，可承受更大的形變。

除此之外，不同於大部分金屬加熱後會軟化，新合金表現出艾林瓦效應，對巨大溫差接近「無感」，即使加熱到攝氏 726 度左右，其剛度仍然與室溫下相當。實驗結果顯示，新合金的彈性能量耗損極低，也就是說，未來若製成機械設備零件，可讓驅動設備的輸入能量盡可能轉換成推進力，不致於浪費能量。