指引未來能源解方 葉均蔚闡明高熵材料四大效應

記者季大仁／新竹報導

當選中研院新科院士，被譽為「高熵合金之父」的清華大學材料系講座教授葉均蔚，最近接受重量級期刊《自然評論化學》（Nature Review Chemistry）邀請，發表重磅文章《闡明高熵材料四大效應》，闡明高熵材料四大核心效應：高熵、嚴重晶格扭曲、緩慢擴散及雞尾酒效應，並針對學術界爭論的一些疑點加以釐清，做出明確的結論。相關論文數呈指數成長，平均每天有10篇新的論文發表。

傳統合金通常以鋁、鎂等一種金屬元素為主，再添加少量的其他元素；過去普遍認為如果添加太多不同的金屬元素會使合金脆裂、甚至無法合成。葉均蔚提出的高熵理論及實證，則顛覆傳統思維，提高亂度產生高混合熵（high mixing entropy），可將5種以上的金屬等比例或非等比例合成，創造出更強、更韌、更具延展性及耐高溫、耐腐蝕的高熵合金。就連美國能源部、各軍種實驗室、橡樹嶺等國家實驗室都積極投入此領域研究開發。

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「高熵合金之父」葉均蔚(左二)發表重磅論文，闡明高熵材料四大效應。共同作者還包括清華材料系博後研究員許瑋麟(左一)、教授葉安洲(右二)、教授蔡哲瑋(右一)。

全球物理、化學、材料、機械、計算模擬等領域的科學家過去20年來紛紛投入高熵材料的研究，已研發出高熵合金、高熵陶瓷、高熵聚合物等多種高熵材料。葉均蔚認為，未來最具潛力的高熵材料之一即為高熵觸媒，可望突破電解水產氫使用貴金屬的瓶頸，解決未來能源問題，如丹麥幾年前就成立了高熵觸媒研發中心。

葉均蔚也十分看好高熵材料的耐高溫、抗輻射等特性，將有助於突破核融合反應爐或系統的材料瓶頸。取之不盡、用之不竭的能源可望大幅減少二氧化碳的排放，並將人類的太空旅行往前推進一大步。

葉均蔚舉例，一德國研究團隊曾針對高熵材料的緩慢擴散效應設計實驗，認為結果與理論不甚符合。但葉均蔚看過論文後，發現他們比較擴散係數並未考慮到不同材料的熔點各異；若將熔點納入考量，結果仍然符合緩慢擴散效應。有趣的是該團隊後來發表的論文也納入熔點因素，並承認緩慢擴散效應。葉均蔚說，科學就是這樣，「總是會有人質疑，但真理越辯越明。」

葉均蔚在這篇文章中也詳細說明了高熵材料的晶格扭曲效應，不同金屬原子的排列呈不規則狀態，但輻射照射產生的晶格破壞卻能互相調整，出現令許多科學家感到不可思議的「自癒」現象。也就是這個特性，使高熵材料能抗輻射並耐高溫，可望引領抗核融合及太空輻射線材料的研究突破。

葉均蔚上個月才在墨西哥召開的第32屆國際材料研究年會（International Materials Research Congress ,IMRC）獲頒卓越貢獻獎，表彰他對全世界材料研究領域做出的卓著開創性貢獻。這是大會32年來首度頒獎給與會者。年會還特別以葉均蔚為名舉辦高熵專題研討會，一連4天共發表64篇論文。葉均蔚除發表演說，也和各國科學家交流研究心得。

葉均蔚一向以在清華大學完成學士、碩士及博士學業的「三清」學習經歷為榮，他所指導的蔡哲瑋、許瑋麟也是「三清」學者。葉均蔚表示，清華不僅是高熵合金的「發源地」，也期許高熵材料研究能在此發揚光大。

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