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科學與生活
上周三，2019年10月9日《自然》雜誌上發表一篇有關通過調整高熵合金元素的組成了解結構和性能的論文[9]，乍一看十六位作者中隻有一位非漢語拚音的名字。都是什麽人呢？
作者中最後三位是共同通信作者 - 本研究課題的設計者並參與研究，分別是美國喬治亞理工學院的朱廷、加州大學伯克利分校的羅伯特·瑞奇（Robert. Ritchie）、餘倩教授（張澤院士的團隊成員），七位是浙江大學材料科學與工程係電鏡中心和矽材料科學國家重點實驗室的研究人員，Yanfei Gao 田納西大學教授橡樹嶺國家實驗室研究員，另四位是佐治亞理工學院的華人研究人員。這十六位作者參與了合成合金、機械性能測試透射電鏡分析、數據分析與建模等研究工作。
文獻[8]也是十六位作者，其中十一位是漢語拚音名字，不過都來自美國，分別來自馬裏蘭大學、伊利諾伊芝加哥分校和約翰霍普金斯大學的華人學者。
今年6月18日出版的《自然評論-材料》曾刊登一篇關於高熵合金的綜述文章，共列舉了188篇論文，華人參與的占三分之一。
什麽是高熵合金
據台灣媒體報道，1995年清華大學材料科學工程係任教的葉均蔚教授開車時突發奇想，要打破傳統合金的做法搞高熵合金。於是讓在讀的研究生黃國雄由陳瑞凱教授協助下熔製了第一個高熵合金塊，但當時裂成數塊令人失望。不過，請學生再多熔幾次就得到完整的塊材了，他於是找到合金新領域的曙光──高熵合金[1]，在2004年發表論文了第一篇論文[2]。
傳統的合金是指一種金屬為主加上一種或多種化學元素混合而成具有金屬特性的物質。“高熵合金”（High-Entropy Alloys - HEAs)指的是至少五種金屬元素，以每種不超過35%的原子比例混搭，產生高熵效應。這裏的“熵（entropy）”是表示混亂程度的一個參數，
那麽東北的“亂燉”，四川的“水煮魚”就是“高熵燉”了；五種或更多的酒和飲料混合就是“高熵雞尾酒”了；五味或更多的中藥飲片組成的藥方也就是“高熵藥方”了；“五香粉”到“十三香”都是“高熵調味品”了。開個玩笑。
葉均蔚在他們的論文[2]中提出了可以用 13 種元素(Cu銅、Co鈷、Ni鎳、Cr鉻、Al鋁、Fe鐵、Mo鉬、Ti鈦、V釩、Zr鋯、B硼、C碳、Ag銀)，若任選其中的 5 - 13 種混合成高熵合金，那麽就有
7099種組合的高熵合金係統。
2004年Cantor等人的論文[3]介紹他們的研究過程。研究的第一種合金由20種元素組成每種5%，這些元素具有相等的原子比例，即Mn錳、Cr鉻、Fe鐵、Co鈷、Ni鎳、Cu銅、Ag銀、W鎢、Mo鉬、Nb铌、Al鋁、Cd鎘、Sn錫、Pb鉛、Bi鉍、Zn鋅、Ge鍺、Si矽、Sb銻、Mg鎂。第二種合金由16種元素組成，這些元素具有相等的原子比例，即Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、W、Mo、Nb、Al、Cd、Sn、Pb、Zn、Mg，每種6.25％兩種合金均為多相且脆性，鑄態和熔融紡絲後的。又選了由五、六、七、八和九種組分合金則由相同的五個元素分別與其他元素（如Cu，Ti，Nb，V，W，Mo，Ta和Ge）分別分別為16.7、14.3、12.5和11.1％的合金。論文重點研究五種元素FeCrMnNiCo合金，並添加第六元素Nb，Ge，Cu，Ti和V。
這大概是一篇劃時代的論文，目前已被引用1432次。
2019版的元素周期表中有118種元素，去掉放射性元素和氣體，至少有70種元素可選，任選五種到七十種的組合是：？？？，一個天文數字。
2009年張勇等人報道了一種含鈷、鉻、銅、鐵、鎳、鋁的合金，比純鋁強十四倍，韌性是將近三倍。2011年葉均蔚報道了鈷、鉻、鐵、鎳、鋁、鈦合金的抗磨性能是普通抗磨鋼的兩倍。2014年George及其團隊研究的鈷、鉻、鐵、鎂、鎳合金在液氮溫度下也不會變脆。
2014年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的羅伯特·瑞奇（Robert Ritchie）與橡樹林國家實驗室的伊索·喬治（Easo George）共同發現了一種由CrMnFeCoNi（鉻錳鐵鈷鎳）組成的合金，這種合金在越低的溫度中（低至液氮溫度-200℃）反而展現出更好的塑性[5]，這個材料在低溫設備、天然氣管道和航天器等低溫設備上使用。
2016年瑞士聯邦理工的科學家拉爾夫·斯波棱那科（Ralph Spolenak）利用離子共濺射手段製備出了NbMoTaW（铌鉬鉭鎢）高熵合金。這種合金的強度超過20GPa，遠遠超過一般的合金[6]。
2016年5月19日新加坡自由撰稿人（Freelance Science Reporter）Xiaozhi LIM 在《自然》雜誌上刊文[7]“混合金屬製造更強、更硬、更具延展性的合金”，介紹高熵合金的研究進展。Xiaozhi LIM 經常在《紐約時報》、《自然》、《科學》、《科學美國人》等十多種報刊上發表科普文章。
從已發表論文看，有些高熵合金的比強度比傳統合金好得多，而且耐高/低溫、抗斷裂能力、抗拉強度、抗腐蝕及抗氧化特性都比傳統的合金要好，可以做為模具或各種合金產品，從高爾夫球杆頭，到航空航天發動機的部件等。
華裔材料科學家總被引用次數
| 科學家 | 所在研究機構 | 總被引次數 | 本科畢業院校 |
| 夏幼南 | 華盛頓大學聖路易斯分校 | 190622 | 中國科學技術大學 |
| 楊培東 | 加州大學伯克利分校 | 145123 | 中國科學技術大學 |
| 鮑哲南 | 斯坦福大學 | 89484 | 南京大學 |
| 殷亞東 | 加州大學河濱分校 | 80614 | 中國科學技術大學 |
| 任誌鋒 | 波士頓學院 | 64704 | 四川工學院 |
| 段鑲鋒 | 加州大學洛杉磯分校 | 57039 | 中國科學技術大學 |
| 孫玉剛 | 阿爾貢國家實驗室 | 52914 | 中國科學技術大學 |
| 吳屹影 | 俄亥俄州立大學 | 42863 | 中國科學技術大學 |
| 鄒祖煒 | 特拉華大學 | 37738 | 國立台灣大學 |
| 蔣業明 | 麻省理工學院 | 30865 | 麻省理工學院 |
| 黃暄益 | 台灣清華大學 | 8626 | 紐約城市大學 |
以上數據來自 Google Scholar, 截止到2019年10月16日中午12點，另有學者因姓名無法確定而未列入。
注：本文因篇幅長和過於專業已做刪減。引用請注明“文學城”。
[1] Huang KH, Yeh JW. A study on multicomponent alloy systems containing equal-mole elements [M.S. thesis]. Hsinchu: National Tsing Hua University; 1996.
[2] Jieb-Wei Yeh, Swe-Kai Chen, Su-Jien Lin, Jon-Yiew Gan, Tsung-Shune Chin, Tao-Tsung Shun, Chun-Huei Tsau and Shou-Yi Chang. Nanostructured High‐Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes. Adv. Eng. Mater. 6, 299–303 (2004). doi.org/10.1002/adem.200300567 .
[3] B.Cantor, I.T.H.Chang, P.Knight, A.J.B.Vincent, Microstructure development in equiatomic multicomponent alloys. Mater. Sci. Eng. , A 375-377, 213–218(2004)
[4] Fangjun Wang, Yong Zhang, Guoliang Chen and Hywel A. Davies. Tensile And Compressive Mechanical Behavior Of A CoCrCuFeNiAl0.5 High Entropy Alloy. Int. J. Mod. Phys. B 23, 1254–1259 (2009).
[5] Bernd Gludovatz, Anton Hohenwarter, Dhiraj Catoor, Edwin H. Chang, Easo P. George, Robert O. Ritchie1. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications. Science 1153 (2014); 345 doi:10.1126/science.1254581
[6] Yu Zou, Huan Ma & Ralph Spolenak. Ultrastrong ductile and stable high-entropy alloys at small scales. Nature Communication, 2016(6):7748
[7] Xiaozhi Lim. Metal mixology: stronger, tougher, stretchier: with a simple new recipe, metallurgists are creating a generation of alloys with remarkable properties. Nature 533, 7603 (2016)
[8] Yonggang Yao, Zhennan Huang, Pengfei Xie, Steven D. Lacey, Rohit Jiji Jacob, Hua Xie, Fengjuan Chen, Anmin Nie, Tiancheng Pu, Miles Rehwoldt, Daiwei Yu, Michael R. Zachariah, Chao Wang, Reza Shahbazian-Yassar, Ju Li, Liangbing Hu.Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles. Science 359, Issue 6383, pp. 1489-1494 (2018). DOI: 10.1126/science.aan5412
[9] Qingqing Ding, Yin Zhang, Xiao Chen, Xiaoqian Fu, Dengke Chen, Sijing Chen, Lin Gu, Fei Wei, Hongbin Bei, Yanfei Gao, Minru Wen, Jixue Li, Ze Zhang, Ting Zhu, Robert O. Ritchie & Qian Yu. Tuning element distribution, structure and properties by composition in high-entropy alloys. Nature 574, 223–227 (2019)
原因是什麽？