【文章亮点】首次从成分的角度实现了非晶合金能量状态的调控，发现高混合熵可以提升非晶合金的能量状态和性能，为非晶合金能量状态和物理性能的调控提供了新思路。
图1 非晶合金的 (a) 热稳定性；(b) 不同温度的焓值；(c) 不同温度的能量；(d) 屈服强度随混合熵的变化规律。
非晶合金作为一种长程无序结构的亚稳材料，具有高强度、高硬度、耐磨蚀、低矫顽力等特性，在航空航天、电力电子等高技术领域具有重要应用前景。然而，由于非晶合金结构无序，难以从结构入手建立具有可预测性的构效关系。与晶体材料相比，非晶合金处在非平衡的高能量状态，其能量状态可以通过弛豫、回复等手段实现大范围调控。因此，调控非晶合金能量状态成为提升物理性能的新途径。传统的方法主要是从微观结构的角度调控非晶合金的能量状态，其局限性在于固定了合金成分。从组分的角度调控非晶合金的能量状态不仅能摆脱这种局限性，而且可以通过调节组分获得性能更优的新材料。
最近，中科院宁波材料所霍军涛研究员等人与中科院物理所汪卫华院士课题组、中国人民大学李茂枝教授、燕山大学王利民教授合作，首次从成分的角度实现了非晶合金能量状态的调控。该工作采用实验和模拟相结合的方法，系统地研究了Zr-Ti-Cu-Ni-Be多组元非晶合金的能量状态随混合熵的变化规律。热力学测试结果表明，非晶合金的热稳定性（玻璃转变温度Tg和初始晶化温度Tx）随着混合熵的增加而增强；通过焓的计算和分析，发现能量状态（焓值）随着混合熵的增加而增加，同时分子动力学模拟的结果进一步印证了这一结论。另外，他们发现该体系非晶合金的屈服强度与混合熵和能量状态均成很好的线性关系，说明通过调节混合熵可以改变非晶合金的能量状态，进而调控其力学性能。
总之，该研究工作表明高混合熵不仅可以使非晶合金的能量状态提高，而且可以提高其热稳定性和屈服强度，为调控非晶合金的能量状态和物理性质提供了一种新思路。
（原文发布于2022年3月18日《Chinese Physics Letters》微信公众号）