高熵合金纳米颗粒的原子图以红色、蓝色和绿色显示不同类别的元素，以黄色显示孪晶边界。图片来源：加州大学洛杉矶分校
科技日报记者张佳欣
美国加州大学洛杉矶分校研究人员使用先进的成像技术，首次绘制了中熵和高熵合金的单个原子的三维（3D）图。相关论文20日发表在《自然》杂志上。
在应用合金时，工程师面临着一个常见的权衡取舍：坚硬的合金往往会变脆并在压力下破裂，而那些在压力下柔软的合金往往容易凹陷。大约20年前，研究人员首次开发出中熵和高熵合金，很好地结合了硬度和柔韧性。
中熵合金是由3种或4种金属元素以大致等比例混合组成的合金；高熵合金以同样的方式结合了5种或5种以上的金属。研究人员观察到一种被称为孪晶边界的结构缺陷，它被认为是中、高熵合金韧性和灵活性独特组合的关键因素。当应变导致晶体基质的一部分对角弯曲，而其周围的原子保持原始构型，在边界两侧形成镜像时，就会形成孪晶。
研究人员使用了一系列金属来制造纳米颗粒。6个中熵合金纳米颗粒结合了镍、钯和铂。4个高熵合金纳米颗粒结合了钴、镍、钌、铑、钯、银、铱和铂。他们在百分之五秒内、逾1093℃的温度下将金属液化，并将冷却时间缩短了10倍。这一过程中，10个纳米颗粒中有6个诱导出1个孪晶边界，另外4个纳米颗粒诱导出2个孪晶边界。
通过绘制中熵和高熵合金纳米颗粒中的每个原子的图谱，团队观察到，不同元素的原子混合越多，合金的结构就越有可能发生变化，从而形成不同的韧性和灵活性。这些发现可为设计出具有更高耐用性的中熵和高熵合金提供信息，甚至可通过设计某些元素的混合物来释放目前在钢和其他传统合金中未见的潜在特性。
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