1. tarddiad yr enw
Fel seren sy'n codi ym maes deunyddiau aloi, mae cysylltiad agos rhwng genedigaeth aloion entropi uchel (HEAS) â'r cysyniad o entropi . Ond beth yn union yw entropi? Cyn dadorchuddio dirgelion aloion entropi uchel, gadewch i ni archwilio byd entropi . yn gyntaf
Cyflwynwyd y cysyniad o entropi gan y ffisegydd Almaeneg Rudolf Clausius yn 1865. mewn thermodynameg, mae entropi yn baramedr sy'n disgrifio graddfa'r anhwylder mewn system-y mwyaf yw'r anhwylder, yr uchaf yw'r entropi .
Er mwyn deall y cysyniad hwn yn well, gadewch i ni ddefnyddio dosbarth addysg gorfforol (AG) fel enghraifft:
Cyflwr entropi isel: Pan fydd pob myfyriwr yn gwisgo'r un wisg gyda dim ond ychydig eithriadau, yn sefyll mewn rhesi taclus, ac yn perfformio ymarferion cynhesu mewn ffurf gryno, mae eu hystod symud yn gyfyngedig, ac mae entropi y system yn isel .
Gwladwriaeth entropi uchel: Pan fydd myfyrwyr yn gwisgo amrywiaeth o wisgoedd, yn gwasgaru ar ôl i'r ffurfiad gael ei ddiswyddo, ac yn cymryd rhan mewn gweithgareddau am ddim, mae'r ystod symud yn cynyddu, ac mae'r dosbarth yn dod yn fwy anhrefnus, gan arwain at gyflwr entropi uchel {.
Trwy gyfatebiaeth, gallwn feddwl am bob myfyriwr fel uned atomig mewn aloi . pan drefnir atomau mewn modd trefnus, yn debyg i fyfyrwyr sy'n sefyll wrth eu ffurfio, mae'r system aloi mewn cyflwr enteropi isel {{}} i'r gwrthwyneb, pan fydd y wladwriaeth yn cael ei dosbarthu ar hap, pan fydd y wladwriaeth yn cael ei dosbarthu ar hap,
O'i gymharu ag aloion confensiynol, mae gan y newydd-ddyfodiad hwn i'r byd aloi werth entropi uwch . Felly, mae gwyddonwyr deunyddiau o'r enw ei enwi aloi entropi uchel . yn y cyd-destun hwn, mae "entropi uchel" yn cyfeirio at y raddfa uchel o anhwylder cemegol neu dopolegol ar y raddfa atomig, sy'n golygu bod y cyfan yn ei hystyried yn atomig, yn golygu bod y holl anhwylder atomig, yn golygu bod yn atomig yn golygu bod yn atodol, ein bod wedi cyflwyno'r cysyniad o aloion entropi uchel, gadewch i ni archwilio sut y darganfuwyd y deunydd hynod ddiddorol hwn .
2. Darganfyddiad aloion entropi uchel
Gosodwyd y sylfaen ar gyfer darganfod aloion entropi uchel mor gynnar â diwedd y 18fed ganrif . cynhaliodd gwyddonydd a meteleg yr Almaen Franz Karl Karl Achard astudiaeth arloesol lle paratôdd gyfres o aloion aml-gydran yn cynnwys pump i saith elfen, fodd bynnag, roedd y gwaith hwn yn cael ei ledled y byd .
Nid tan 1963 y sylwodd yr Athro Cyril Stanley Smith (Smith, 1963) ar yr ymchwil hon . yn seiliedig ar gofnodion arbrofol presennol, credir bellach mai hwn oedd un o'r astudiaethau cynharaf yn ymwneud ag aloion entropi uchel {{4}
Yn anffodus, oherwydd diffyg sylw, fe stopiodd cynnydd ar aloion entropi uchel am ddegawdau . nad oedd tan y 1990au y cafodd diddordeb mewn aloion entropi uchel ei deyrnasu . ym 1993, mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Cambridge yn debygol o fod yn fwy na chyfrwng, " Strwythurau . Tua'r un amser, cyflwynodd ysgolhaig Taiwan Yeh Jien-Wei a'i dîm aloion dylunio dylunio aloi arloesol gyda nifer o brif elfennau ac entropi cymysgu uchel, y gwnaethant eu henwi aloion entopi uchel {.
Fodd bynnag, mae cynnydd gwyddonol yn aml yn cymryd amser . Er gwaethaf cyflwyno'r cysyniad hwn, roedd canfyddiadau ymchwil cysylltiedig yn parhau i fod heb eu cyhoeddi am flynyddoedd .
Yn olaf, yn 2004, cynhaliodd yr Athro Cantor o'r DU arbrawf lle toddodd aloi entropi cymysgedd uchel . yn rhyfeddol, yn lle ffurfio'r strwythur amorffaidd a ragwelir, datblygodd yr aloi gyfnodau cristallin brau lluosog {{{4} dyluniad y 5au y mae hyn yn ei wrth-ddweud y mae hyn yn canfod y gyfrinach hon Roedd darganfod yn nodi genedigaeth aloion entropi uchel yn swyddogol .
I esbonio'r ffenomen hynod ddiddorol hon, darparodd yr Athro Zhang Yong o Brifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Beijing fewnwelediadau damcaniaethol, gan osod y sylfaen ar gyfer ymchwil bellach ar heas . ers hynny, mae aloion entropi uchel wedi dod i'r amlwg fel seren ddisglair ym maes deunyddiau aloi {}}}}}}}}
Wrth i frwdfrydedd ymchwil dyfu, mae'r cysyniad o aloion entropi uchel wedi ehangu'n gyflym i feysydd cysylltiedig megis:
Cerameg entropi uchel
Ffilmiau tenau entropi uchel
Duroedd entropi uchel
Superalloys entropi uchel
Aloion ysgafn uchel-entropi wedi'u seilio ar al-MG
Aloion caled entropi uchel
3. Nodweddion unigryw aloion entropi uchel
Mae aloion entropi uchel yn cyflwyno persbectif newydd mewn dylunio aloi, yn seiliedig ar yr egwyddor entropi cyfluniad . o'i gymharu ag aloion confensiynol, mae HEAS yn cynnwys cysyniadau dylunio nodedig ac eiddo unigryw . Gellir deall eu unigrywiaeth o'r bedair agwedd ganlynol:
(1) Nodweddion Cyfansoddiad
Mae HEAS yn ymgorffori nifer o brif elfennau i gyflwyno anhwylder cemegol, heb unrhyw elfen ddominyddol . yn wahanol i aloion traddodiadol, sydd fel arfer ag elfen sylfaenol sylfaenol, mae HEAS yn cynnwys nifer o elfennau aloi mawr . Mae nodweddion allweddol dyluniad cyfansoddiad HEA yn cynnwys: gan gynnwys:
1. Rhaid i'r aloi gynnwys o leiaf bum elfen wahanol .
2. Rhaid i ganran atomig pob elfen fod rhwng 5% a 35% .
(2) Nodweddion Datblygu
Wrth i ymchwil fynd yn ei blaen, mae'r cysyniad o aloion entropi uchel wedi esblygu trwy dri phrif gam:
Heas cenhedlaeth gyntaf:
Yn cynnwys pump neu fwy o elfennau aloi .
Mae'r elfennau'n equiatomig (cymarebau atomig cyfartal) .
Strwythur: Alloy datrysiad solet cymhleth un cam .
Heas ail genhedlaeth:
Yn cynnwys pedair elfen aloi neu fwy .
Cymarebau elfen nad ydynt yn Quiatomig .
Strwythur: Alloy Datrysiad Solid Cymhleth Cyfnod Deuol neu Aml-Gam .
Heas y drydedd genhedlaeth:
Ehangwyd i Ffilmiau Tenau a Cherameg Uchel-Entropi .
(3) nodweddion strwythurol
Er gwaethaf eu cydrannau elfennol lluosog, mae aloion entropi uchel fel rheol yn ffurfio strwythurau cyfnod cymharol syml ar solidiad . Datrysiad solet sydd wedi'i doddi ar hap yw strwythur nodweddiadol HEAS, sy'n aml yn arddangos:
Strwythurau ciwbig sy'n canolbwyntio ar yr wyneb (FCC)
Strwythurau ciwbig sy'n canolbwyntio ar y corff (BCC)
Strwythurau pecyn agos hecsagonol (HCP)
Yn ogystal, gall cyfnodau amorffaidd hefyd ffurfio mewn rhai heas .
Nghasgliad
Mae aloion entropi uchel yn cynrychioli cynnydd chwyldroadol ym maes deunyddiau aloi . Mae eu cyfansoddiad unigryw, eu dull dylunio newydd, a'u priodweddau addawol yn eu gwneud yn werthfawr iawn ar gyfer deunyddiau strwythurol a swyddogaethol cenhedlaeth nesaf . Meysydd Biofeddygol .
Ffigur 1 Strwythur cam aloi entropi uchel
(4) Nodweddion Perfformiad wedi'u Gwirio
Mae ymchwil wedi dangos bod aloion entropi uchel (HEAS) yn meddu ar nifer o briodweddau uwchraddol o gymharu ag aloion traddodiadol . Ar hyn o bryd, mae pum effaith berfformiad fawr HEAS wedi'u cadarnhau'n wyddonol:
1. Ynni nam pentyrru isel
2. Sefydlogrwydd thermol
3. Gwrthiant ymbelydredd
4. Gwrthiant cyrydiad
5. Lliniaru'r effaith cyfaddawd perfformiad
4. Cymwysiadau ymarferol: lle mae aloion entropi uchel yn disgleirio
Mae egwyddorion dylunio unigryw aloion entropi uchel yn rhoi ystod o eiddo sy'n weddill iddynt, gan gynnwys perfformiad mecanyddol tymheredd isel rhagorol, cyrydiad ac ymwrthedd gwisgo, sefydlogrwydd tymheredd uchel, a phriodweddau magnetig meddal eithriadol . Mae'r manteision hyn yn dangos y manteision HiR i roi potensial i ffwrdd yn yr Uwch-} Galluoedd rhyfeddol .
(1) deunyddiau magnetig meddal entropi uchel
Nodweddir deunyddiau magnetig meddal trwy gyflawni'r magnetization uchaf gyda'r meysydd magnetig allanol lleiaf posibl . Maent yn hawdd eu magneadu a'u magneadoli, gan eu gwneud yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn offer trydanol ac electronig {.
Mae astudiaethau wedi dangos bod rhai systemau aloi entropi uchel yn arddangos priodweddau magnetig meddal rhagorol . Yn ogystal, maent yn helpu i oresgyn diffygion deunyddiau magnetig meddal confensiynol, megis priodweddau mecanyddol gwael a pherfformiad castio ansefydlog . o ganlyniad, mae pobl yn cynnwys cymwyswyr mawr, ar gyfer cymwyswyr mawr, ar gyfer motors mawr,
(2) Deunyddiau aloi tymheredd uchel
Mae aloion tymheredd uchel yn ddeunyddiau metel a all weithredu o dan dymheredd uchel ac amodau straen penodol ar gyfer cyfnodau estynedig . Mae'r aloion hyn yn gofyn am:
Cryfder tymheredd uchel eithriadol
Ocsidiad rhagorol ac ymwrthedd cyrydiad thermol
Ymwrthedd blinder da a chaledwch torri esgyrn
Maent yn anhepgor ar gyfer cydrannau pen poeth injan . Mae ymchwil yn dangos bod aloion entropi uchel yn arddangos sefydlogrwydd thermol rhyfeddol ac ymwrthedd ocsidiad ar dymheredd uchel . Mae'r datblygiad arloesol hwn yn cynnig posibiliadau newydd ar gyfer datblygu cydrannau sy'n gweithredu mewn amgylcheddau eithafol, fel:
Llafnau tyrbin injan
Deunyddiau peirianneg tymheredd uchel
(3) haenau offer caled
Mae haenau offer caled yn cynnwys adneuo caledwch uchel, haen denau aloi sy'n gwrthsefyll gwisgo ar arwynebau offer torri i amddiffyn offer troi, melino, cynllunio a malu . Mae caledwch a chryfder uchel yr AGE yn eu gwneud yn ymgeiswyr delfrydol ar gyfer haenau o'r fath, gan wella perfformiad offer a longity {}} {} {yn effeithiol {i bob pwrpas
(4) deunyddiau trosi ffotothermol entropi uchel
Mae trosi ffotothermol yn cyfeirio at y broses o ganolbwyntio egni ymbelydredd solar trwy fyfyrio, amsugno, neu fecanweithiau eraill i gyflawni tymereddau digon uchel a chwrdd â gofynion ynni amrywiol .
Oherwydd amodau gwasanaeth llym deunyddiau ffotothermol, rhaid iddynt arddangos:
Sefydlogrwydd tymheredd uchel rhagorol
Gwrthiant cyrydiad uwchraddol
Cyfernod ehangu thermol isel
Ymwrthedd tywydd cryf
Mae astudiaethau wedi dangos bod gan ffilmiau tenau aloi entropi uchel ymwrthedd cyrydiad rhagorol a sefydlogrwydd tymheredd uchel, gan eu gwneud yn addawol iawn ar gyfer gwella effeithlonrwydd trosi ffotothermol a hyrwyddo cymwysiadau ynni solar .
Ffigur 2: Tiwb casglu gwres o drawsnewidydd ffotothermol
(5) Deunyddiau aloi entropi uchel ysgafn
Mae pwysau ysgafn yn gyfeiriad pwysig ar gyfer datblygu deunyddiau yn y dyfodol . Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, astudiwyd aloion entropi uchel hefyd ar gyfer deunyddiau ysgafn ac maent wedi dechrau cael eu masnacheiddio . Mae enghreifftiau cyffredin yn cynnwys achosion ffôn symudol, slotiau cardiau ffôn symudol a rhannau manwl eraill .}}}}}}}
Ffigur 3 Stampio Achos Ffôn Symudol
(6) Ceisiadau eraill
Mae aloion entropi uchel hefyd yn dal potensial mawr mewn sawl maes arall, gan gynnwys:
Deunyddiau weldio entropi uchel
Aloion entropi uchel-actifadu isel
Deunyddiau mowld
Deunyddiau Catalytig
Haenau rhwystr trylediad lled -ddargludyddion
5. Dyfodol aloion entropi uchel
Sut y gellir datblygu aloion entropi uchel (HEAS) ymhellach? Mae'r cwestiwn hwn yn brif bryder i wyddonwyr wrth hyrwyddo dosbarth newydd o ddeunyddiau . Mae dewis y cyfeiriad ymchwil cywir yn hanfodol ar gyfer cyflawni'r cynnydd mwyaf posibl heb fawr o ymdrech, gan alluogi HEAS i chwarae rhan fwy arwyddocaol ym mywyd beunyddiol a chymwysiadau amddiffyn cenedlaethol .
Wrth edrych ymlaen, mae dau gyfeiriad datblygu allweddol sy'n haeddu'r sylw mwyaf:
(1) Nodi'r rhanbarth perfformio mwyaf cost-effeithiol
O aloion traddodiadol i aloion entropi uchel, mae deunyddiau wedi esblygu ar hyd tueddiad o entropi cynyddol . Fodd bynnag, mae canlyniadau arbrofol yn dangos nad yw'r berthynas rhwng entropi cymysgu a pherfformiad materol yn aflinol . mewn termau syml, nid yw entropy cymysgu uwch yn cyfieithu i fod yn well}}}}
Nid yw mynd ar drywydd entropi uwch yn gwarantu optimeiddio diderfyn o briodweddau materol . ar ben hynny, wrth i entropi gynyddu, felly hefyd nifer yr elfennau cyfansoddol, sy'n codi cost cynhyrchu'r aloi . yn uniongyrchol, mae hyn yn golygu bod y cynnydd yn unig yn gallu arwain, dim ond bod yn berfformiad, dim "Colli'r buddsoddiad a'r canlyniad ."
Yn ôl dadansoddiadau ystadegol, nid yw'r rhanbarth mwyaf cost-effeithiol yn y parth aloi entropi uchel ond yn hytrach ar y ffin rhwng aloion entropi canolig ac aloion entropi uchel . mae'r rhanbarth hwn yn cynnwys deunyddiau fel::
Aloion tymheredd uchel
Aloion amorffaidd
Steels Di -staen
Aloion entropi canolig
Mae'r deunyddiau hyn yn cynnig gwell cydbwysedd rhwng cost a pherfformiad, gan wneud y rhanbarth trosiannol hwn yn faes hanfodol ar gyfer datblygu deunyddiau yn y dyfodol .
Ffigur 4 "Cost-effeithiolrwydd" deunyddiau aloi
(2) Datblygu dulliau ymchwil deunydd effeithlonrwydd uchel
Mae aloion entropi uchel (HEAS) yn arddangos priodweddau mecanyddol sy'n weddill, ymwrthedd tymheredd uchel, ymwrthedd gwisgo, ac ymwrthedd cyrydiad, gan eu gwneud yn addawol iawn mewn amrywiol feysydd . Fodd bynnag, mae ymchwil ar ffilmiau tenau aloi uchel yn dal i fod yn gyfadeiladau cynnar, ac mae eu cymhwysiad diwydiannol yn aros} yn parhau i fod yn allo-gymhwysiad, yn aros} yn aros yn Ôl-} yn aros} yn parhau i fod yn waith} ac nid yw eu priodweddau yn dilyn perthynas linellol ag entropi . O ganlyniad, mae'n amhosibl dylunio deunyddiau aml-gydran perfformiad uchel yn seiliedig yn unig ar gymysgu entropi .
Mae dylunio a datblygu deunydd yn broses llafurus, felly mae gwella effeithlonrwydd ymchwil yn ffactor allweddol wrth gyflymu datblygiad HEAS .
Rôl technoleg trwybwn uchel
Yn y cyd-destun hwn, mae mabwysiadu technoleg trwybwn uchel (HT) yn dod yn hanfodol . ond beth yn union yw technoleg trwybwn uchel, a sut y gall gyflymu datblygiad deunydd?
Os ydym yn cymharu deunyddiau aloi â chefnfor a datblygu systemau aloi newydd â physgota, yna mae dulliau paratoi traddodiadol fel pysgota â gwialen, lle mai dim ond un system aloi y gall ymchwilwyr eu cael ar y tro . Mae'r dull "un-ar-amser" hwn yn arafu ymchwil materol yn sylweddol .
Nawr, dychmygwch a allai ymchwilwyr daflu rhwyd yn lle defnyddio gwialen bysgota, gan ganiatáu iddynt ddal systemau aloi lluosog mewn un ymgais . Byddai'r dull hwn yn gwella effeithlonrwydd ymchwil {. mae technoleg trwybwn uchel yn dilyn egwyddor debyg, gan alluogi paratoi para yn y gyfraith gyfarfodus, felly, mae'n gyflym ar unwaith, yn cyflymu.
Dyfodol disglair i aloion entropi uchel
Mae HEAS mewn cyfnod twf cyflym, gyda China yn dod i'r amlwg fel grym mawr mewn ymchwil fyd -eang . heddiw, fel seren gynyddol y maes gwyddoniaeth deunyddiau, mae HEAS yn parhau i ddenu sylw gwyddonwyr ledled y byd .
Er bod llawer o heriau ar ôl, nid ydynt wedi atal ymchwilwyr rhag gwthio ymlaen . fel ffin newydd mewn deunyddiau aloi, mae gan heas botensial aruthrol ac addewid ar gyfer y dyfodol . Mae eu dirgelion yn aros i gael eu dadorchuddio, ac mae eu posibiliadau yn barod i archwilio eu bod yn unknowne?