中研院研發超彈性高熵合金 登國際期刊

中央研究院應用科學研究中心研究員包淳偉(圖)與跨國團隊合作,研發出超彈性高熵艾林瓦合金,突破合金材料極限,研究登上國際期刊。 資料照。(圖/自中研院提供)

【新唐人亞太台 2022 年 03 月 10 日訊】隨尖端科技發展,材料科學研發也日新月異,中央研究院應用科學研究中心研究員包淳偉與跨國團隊合作,研發出超彈性高熵艾林瓦合金,突破合金材料極限,研究登上國際期刊。

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。

繼國立清華大學材料科學工程學系特聘教授葉均蔚2004年提出高熵合金的概念後,已有少部分產業應用,如金屬切削加工使用的刀具等,許多研究人員也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、產氫技術以及光電領域。

中研院今天發布新聞稿指出,包淳偉與跨國團隊合作,以理論模擬結合實驗結果,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,透過電腦模擬以及機械性質量測結果也顯示,這種新合金不僅不容易產生永久變形,也有目前所知的最高彈性極限,相較絕大部分金屬,可以承受更大的形變。

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,實驗結果也顯示,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。

包淳偉指出,這項合作研究始於2018年應邀前往香港城市大學演講,城大教授楊勇當時在實驗室成功製備出超彈性高熵合金,但是許多實驗量測結果無法解釋,後來他便與當時他的博士後研究員、台北科技大學材料及資源工程系助理教授陳信安,一起利用電腦模擬,將實驗所觀察到的現象,以理論模型計算,得出精確的定量結果,包括原子周遭環境、晶格畸變程度以及晶體熱力學穩定程度等實驗無法量測的項目,對照實驗結果後,從而驗證新合金的性質。

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。

中研院表示,這項研究成果已於近期登上國際知名學術期刊「自然」(Nature)。

(新聞來源:中央社)

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