1、提升高熵合金耐磨性能以及热稳定性

东南大学孙文文教授团队在FeCoNiTi基高熵合金中提出了一种通过经典共析转变（A→B+C）而形成的珠光体结构，用以提升珠光体组织在室温以及一系列高温环境下的耐磨性能以及热稳定性。与钢铁材料的相变相似，高熵合金中也可以发生共析反应而产生珠光体结构，共析转变发生于500°C至650°C，共析反应为FCC→BCC+Ni3Ti， 片层结构由BCC相和Ni3Ti相片层交替排列而成。由于高熵合金中的迟滞扩散效应导致高熵珠光体的片层状结构比钢中珠光体更精细，因此珠光体高熵合金的硬度更高且在500°C和550°C时具备良好的热稳定性。同时 ，与钢中的珠光体结构类似，多主元珠光体的片层间距也随共析转变温度的升高而增大，同时硬度随片层间距的增大而降低。该珠光体高熵合金不仅在室温下具备优异的耐磨性能（磨损率~2×10-5mm3/Nm），在550℃与600℃的环境下耐磨性能依然良好（磨损率<3×10-5mm3/Nm），多主元珠光体在室温及高温下磨损率低于相同温度下一系列高速钢或已开发的耐磨多主元合金。磨料磨损是该高熵合金在室温下的主要磨损机制，磨损速率与硬度呈典型的负相关关系，符合Archard定律。氧化和剥层磨损是该合金在高温下的主要磨损机制，这是因为在磨痕表面形成了致密的保护性氧化层，以及具有足够热强度和热稳定性的高加工硬化纳米再结晶层。因此，高熵合金中的珠光体结构是一种值得进一步研究和优化的具有极端环境应用前景的高性能结构，同时该研究为耐磨多主元合金的开发提供了新的思路。研究成果以“A new strong pearlitic multi-principal element alloy to withstand wear at elevated temperatures”为题发表在Acta Materialia。

2、超弹抗极温高熵艾林瓦合金

香港城市大学杨勇教授课题组与内地，台湾，法国以及美国的课题组合作，通过熔炼-铜模铸造和定向凝固等方法设计并制备了成分为Co25Ni25(HfTiZr)50（原子比）的复杂成分合金。尽管这种合金的平均原子尺寸差达到了11%，应当形成多相或非晶结构，然而结构表征实验结果显示这种合金为单相B2结构。根据DFT模拟结果与STEM结果，这是由于原子尺度的化学有序性吸收了原子尺寸差异的影响。由于晶格畸变阻碍了位错移动，使得该合金在不发生相变的前提下表现出高强度，超高弹性极限（~2%），与超低能量耗散。相比于其他合金材料，该合金表现出独特的艾林瓦效应：随着温度升高，该合金的杨氏模量不但没有下降，反而有微幅提高。根据分子动力学模拟结果，Co25Ni25(HfTiZr)50的艾林瓦效应来自于一种新的非相变机制：即热膨胀和结构无序性下降效应的相互抵消。该成果以题为“A highly distorted ultraelastic chemically complex Elinvar alloy”发表在Nature上。

3、具有优异强度和延展性的梯度结构高熵合金

高熵合金 (HEA) 或具有多种主要元素的合金具有近乎无限的多组分相空间，可导致不寻常的机械性能，如良好的强度和延展性，高的加工硬化，以及特殊的损伤容限。此外，工程的空间异质微观结构由分级粒度，纳米簇等等还可以允许HEA与实现优异的性能，类似于在传统异质结构金属材料中实现的那些。然而，对于大多数HEA而言，传统金属材料的持久强度-延展性悖论仍然存在。鉴于此，中国科学院金属研究所卢磊研究员在具有面心立方结构的稳定单相HEA中可控地引入了梯度纳米级位错胞结构，从而在不明显损失延展性的情况下提高了强度。在施加应变后，样品级结构梯度会逐渐形成高密度的微小堆垛层错 (SF) 和孪晶，从丰富的低角度位错单元中成核。此外，SF诱导的塑性和由此产生的精细结构，加上密集积累的位错，有助于塑性、强度增加和加工硬化。这种合金是一种经过充分研究的模型材料，具有6到21mJ/m2的局部变化SFE 。在初始施加拉伸应变时，在GDS HEA 中发现了意外且极高密度的微小堆垛层错(SF)、孪晶形核和堆积主导的塑性变形。与其他 HEA相比，这一特征导致了具有吸引力的强度和延展性。相关研究成果以“Gradient cell-structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility”为题在线发表在Science。

4、高熵合金基高温太阳能光谱选择性吸收涂层

中国科学院兰州化学物理研究所副研究员高祥虎、研究员刘刚带领的科研团队通过组分调控、构型熵优化和结构设计，制备出系列高熵合金基高温太阳能光谱选择性吸收涂层。前期，研究人员设计出一种由红外反射层铝、高熵合金氮化物、高熵合金氮氧化物和二氧化硅组成的彩色太阳能光谱选择性吸收涂层，其吸收率可达93.5%，发射率低于10%。研究人员发现，单层高熵合金氮化物陶瓷具有良好的本征吸收特性，因此制备出结构简单的涂层。以高熵合金氮化物作为吸收层，SiO2或Si3N4作为减反射层得到的涂层吸收率可达92.8%，发射率低于7%，并可在650°C的真空条件下稳定300小时。近期，为进一步提升涂层吸收能力，研究人员选用不锈钢作为基底，低氮含量高熵合金薄膜作为主吸收层，高氮含量高熵合金薄膜作为消光干涉层，SiO2、Si3N4、Al2O3作为减反射层，形成了从基底到表面光学常数逐渐递减的结构。研究通过光学设计软件（CODE）进行优化，利用反应磁控溅射的方法制备，提高了制备效率。涂层吸收率可达96%，热发射率被抑制到低于10%。研究人员通过时域有限差分法（FDTD）研究了涂层光吸收机制。长期热稳定性研究表明，高熵合金氮化物吸收涂层在600°C真空条件下，退火168小时后仍保持良好的光学性能；计算涂层在不同工作温度和聚光比的光热转化效率发现，当工作温度为550°C、聚光比为100时，涂层的光热转化效率可达90.1%。该图层显示出优异的光热转换效率和热稳定性。相关研究成果发表在Journal of Materials Chemistry A、Solar RRL、Journal of Materiomics上。

5、制备FCC单相结构的高熵合金纳米颗粒

东北大学材料科学与工程学院李逸兴博士利用直流电弧等离子体放电方法制备一系列过渡族金属元素高度混溶的合金纳米颗粒，通过水蒸发速率测定结合密度泛函理论计算验证，证实上述纳米颗粒具有优异的光热转换效率和应用前景。借助球磨辅助制备的微米级高熵合金作为前驱体，本工作使用直流电弧等离子体放电方法成功获得了具有FCC单相结构的高熵合金纳米颗粒，其元素最大混合数量达到了7种且元素分布均匀。对于上述材料进行的光热转换性能的测试表明，材料在250至2500 nm的光谱上表现出了96%的吸收特性，同时在1个模拟太阳光能量下，材料的水蒸发性能随元素的增加同步增强，在7元纳米颗粒中，材料的蒸发速率为2.26 kg m-2 h-1，转化效率为98.4%，展现出了优异的光热转换特性。研究成果以“High-Entropy-Alloy Nanoparticles with Enhanced Interband Transitions for Efficient Photothermal Conversion”为题发表在Angewandte Chemie International Edition。

6、新型轻质高强、低成本共晶高熵合金

开发在高温下具有优异性能的轻质、低成本的结构材料一直是研究人员追求的方向。迄今为止，广泛用于燃气涡轮发动机和航空发动机的传统镍基高温合金的最高使用温度已达到其熔点的80%。因此，这些高温合金已无法满足工作温度进一步升高而产生的更严苛的使用要求。共晶高熵合金(EHEAs)结合了高熵合金(HEAs)和共晶合金的优点，并表现出可控的、接近平衡的微观结构，可以抵抗温度变化直至共晶点，是高温下应用的绝佳候选者。EHEA具有良好的可铸性，可以通过直接铸造制成工业规模的铸件。因此这种EHEA因其卓越的强度和延展性而受到关注。大连理工大学卢一平团队开发了一种质轻且成本低的大块共晶高熵合金，铸态表现出更高的室温、高温硬度和比屈服强度，性能高于大多数已有报道的EHEAs、难熔HEAs和传统合金。相关论文以题为“A novel bulk eutectic high-entropy alloy with outstanding as-cast specific yield strengths at elevated temperatures”发表在Scripta Materialia。

7、高熵合金和不锈钢的异种焊接

近几年，由于内部多组元元素的固溶，使得高熵合金具有独特的热力学性能，逐渐成为各个领域的研究热点。在异种结构的连接中，焊接作为作为目前唯一的关键工艺，可用于连接具有不同性能的材料，制备出形状复杂的整体材料。目前，对CrMnFeCoNi高熵合金的可焊性研究大多局限于同种材料焊接，对异种材料的焊接性研究尚不多见。一般来说，一种材料的热连接过程中有害相的析出损伤了整体结构件的力学性能。了解焊接热循环对异种焊接接头组织的影响是优化性能、防止缺陷产生或有害相形成的关键。高熵合金与异种金属材料的焊接迄今为止含有报道。葡萄牙新里斯本大学的J.P. Oliveira团队研究了一种CoCrFeMnNi高熵合金与316不锈钢的激光焊接工艺。获得了无缺陷接头。过耦合电子显微镜、高能同步x射线衍射、力学性能评估和热力学计算，对焊接接头的微观组织演变进行了评估和合理化分析。研究表明：熔合区显微组织为单一的FCC相，硬度有明显的提高。这些结果可以归因于形成了新的固溶体。此外，不锈钢熔炼时在熔合区加入碳也有助于强化效果。焊接接头具有良好的力学性能，断裂发生在熔合区。相关论文以题为“Dissimilar laser welding of a CoCrFeMnNi high entropy alloy to 316 stainless steel”发表在Scripta Materialia。

8、共晶鱼骨高熵合金

在人造的韧性材料中，一些诸如裂纹之类的微观损伤就能降低材料的服役寿命。像骨骼这类的生物复合材料，因其具有精细的多级微结构，可以很好地抵御裂纹，但却不具有高的延展性能。现在，有一项研究成功化解了这种互不兼容的矛盾。

上海大学钟云波教授团队联合北京科技大学王沿东教授团队合作，展示了一种定向凝固的原位复合材料-共晶高熵合金（EHEA），成功地协调了裂纹容限和高延伸率。可控凝固后的共晶高熵材料呈现出一种新型的多级共晶鱼骨结构，能够实现仿生的多级裂纹缓冲。这种效应结果诱导了稳定、持续、沿晶体学迹线生长的微裂纹，因而在塑性差的共晶层片中形成了高密的多重微裂纹。惊讶的是，相邻的动态应变硬化韧性共晶层片可以施加给这些裂纹一种多级的裂纹缓冲效应，因而有效地避免了裂纹不可控的灾难性生长和破坏。研究的自缓冲共晶鱼骨高熵材料产生了超高的均匀拉伸延伸率（约50%），是传统不具备缓冲能力EHEAs的3倍，且没有牺牲强度。

这项成果以题为“Hierarchical crack buffering triples ductility in eutectic herringbone high-entropy alloys”发表在了Science。上海大学为第一署名单位，上海大学钟云波教授、德国马克斯-普朗克研究所D. Rabbe教授和北京科技大学的王沿东教授为共同通讯作者，钟云波教授指导的上海大学18级博士生时培建为第一作者。