?1995年，Yeh等突破材料設(shè)計的傳統(tǒng)理念，在非晶合金基礎(chǔ)上提出了新的合金設(shè)計理念，稱為高熵合金(High Entropy Alloy，HEA)。該合金由5種及以上元素以等原子比或近等原子比組成，每種元素含量為5%~35%。這種理念突破了傳統(tǒng)合金以一種或兩種元素為主的設(shè)計思路，為合金發(fā)展開拓了一條全新道路。

盡管HEA的組成元素種類較多，但其更傾向于形成簡單的固溶體結(jié)構(gòu)，常見的結(jié)構(gòu)類型包括面心立方（FCC）、體心立方（BCC）和密排六方（HCP）等。

相較于傳統(tǒng)金屬材料，HEA具有以下4個方面的效應(yīng)：一是熱力學上的高熵效應(yīng)，使體系更傾向于形成單相固溶體、穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)；二是動力學上的緩慢擴散效應(yīng)，HEA的多組元相互作用導致原子擴散緩慢，不利于相的析出；三是結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)，HEA中不同組分間的原子半徑、晶格勢能及鍵類型的差異導致合金的晶格發(fā)生畸變，有利于合金力學性能的提升；四是性能上的雞尾酒效應(yīng)，雞尾酒效應(yīng)是指各元素之間的相互作用所產(chǎn)生的復合效應(yīng)，即可以產(chǎn)生性能上的突變。

這些效應(yīng)賦予HEA優(yōu)異的性能，如Ti0.5CoCrFeNiAl具有很高的強度，CoCrFeNiCuAl0.5的延展性很好，Al0.5CoCrCuFeNi具有優(yōu)異的抗疲勞性能，Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti合金具有優(yōu)良的耐磨性，Al0.5CoCrCuFeNi合金具有很優(yōu)異的耐腐蝕性，TiCoCrFeNiAlSi具有很好的抗高溫氧化性等。因此，HEA成為近年來最具發(fā)展?jié)摿Φ慕饘俨牧现弧?/p>

HEA粉體在儲氫領(lǐng)域的應(yīng)用

高熵合金由多種非貴重金屬元素融合而成，具有顯著的晶格畸變特性，由于各元素原子半徑的差異，原子半徑的不同會產(chǎn)生較大的間隙位置，同時其多主元特點提升了與氫的結(jié)合能，因此，高熵合金粉末在儲氫領(lǐng)域潛力巨大，或?qū)⒊蔀橄⊥羶洳牧系膹妱鸥偁帉κ帧?/p>

瑞典烏普薩拉大學研究發(fā)現(xiàn)，TiVZrNbHfHEA具有超高的儲氫量。在299℃、氫壓為0.5 MPa的條件下，其最大的氫與金屬的原子比（x）可以達到2.5，對應(yīng)的儲氫量質(zhì)量分數(shù)為2.7%。通常情況下，金屬儲氫材料的x最高只有2，因此，這一突破性的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了全球范圍內(nèi)研究學者對于HEA儲氫的研究興趣。

目前，研究人員主要通過合金化來增加HEA粉體結(jié)構(gòu)缺陷和比表面積，從而提高氫氣的吸附能力和儲存密度。此外，HEA的復合結(jié)構(gòu)也有助于提升吸附和脫附氫氣的熱力學性能，從而提高儲氫合金材料的能量密度和吸附或釋放速率。

HEA粉體在催化領(lǐng)域的應(yīng)用

HEA粉體在化學反應(yīng)中能夠顯著提高催化劑的活性和選擇性，從而實現(xiàn)高效催化反應(yīng)。通過特殊的配方和制造工藝，可以制備出具有優(yōu)異催化性能的HEA粉體催化劑，在環(huán)境保護和節(jié)能等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。研究發(fā)現(xiàn)，HEA粉體催化劑在水處理領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。該催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化氧化性能，能夠高效降解廢水中的有機物和重金屬離子，實現(xiàn)廢水的凈化和回收，并且具有可循環(huán)使用的特點，對環(huán)境保護產(chǎn)生積極影響。

例如，以AuAgPtPdCu HEA粉體制成的催化劑在有機合成反應(yīng)中展現(xiàn)出卓越的催化活性和選擇性，尤其在高效還原CO2為高附加值的化學品（如乙酸、乙烯等）方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有較高的經(jīng)濟和環(huán)保價值。在催化劑的開發(fā)過程中，通過加入不同的元素和調(diào)整配比，可以制備出具有不同活性和選擇性的HEA粉體催化劑。

HEA粉體在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用

在骨科植入物和牙科治療材料方面，HEA具備優(yōu)異的力學性能和生物相容性，可以顯著提高醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量和安全性。出色的耐腐蝕性和生物相容性使得HEA在長期植入體內(nèi)時表現(xiàn)出優(yōu)異的耐用性和生物穩(wěn)定性。

此外，納米HEA粒子在腫瘤藥物及致癌物質(zhì)的研究也引起了廣泛的關(guān)注。同時，在細胞分離和細胞內(nèi)染色技術(shù)等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。例如，可將安全的納米磁性粒子注射到人體中，這些粒子表面包覆有高分子物質(zhì)，具有良好的生物相容性。在外部磁場的驅(qū)動下，納米粒子可以被引導至病變區(qū)域，從而通過聯(lián)合診斷和治療的方式實現(xiàn)精確治療。未來，HEA納米粉體有望在醫(yī)學造影、藥物傳遞、細胞染色、細胞分離以及消毒殺菌等醫(yī)學領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

HEA粉體在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用

研究人員對2種不同尺寸的AlCoCrFeNi HEA粉體進行了電磁干擾屏蔽效果的研究。結(jié)果表明，AlCoCrFeNi HEA是一種潛在的屏蔽材料，其屏蔽效果隨著Al、Cr粉粒徑的減小而增強。在制備電磁屏蔽膜或涂層時加入HEA粉體，可以提高其電磁屏蔽效果。此外，HEA粉體還可以用于制備復合材料，如HEA納米復合材料，能夠提高電磁屏蔽材料的力學性能和熱穩(wěn)定性，從而達到更加理想的屏蔽效果。

未來人們可以利用HEA粉體的高電導率和高磁導率，開發(fā)出電磁波吸收材料，如電磁屏蔽墻板和電磁隔離室等產(chǎn)品，以實現(xiàn)對電磁波的屏蔽。此外，HEA粉體也可用于微波爐和磁控陰極等電子設(shè)備零部件的制造，以提高其穩(wěn)定性。

HEA粉體的制備

高熵合金粉體制備技術(shù)主要包括機械合金化（MA）、霧化法、射頻等離子體球化法（RFPS）、等離子電弧法（PAD）、化學還原法（CR）等。在制備技術(shù)選擇過程中，首先應(yīng)考慮應(yīng)用場景所需粉體的自身特性和工藝特性，其次還應(yīng)兼顧制備技術(shù)的經(jīng)濟性、環(huán)保性、可否批量化生產(chǎn)等方面的問題。

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