6月14日，Nature（《自然》）以长文（Article）形式发表了武汉大学关于液态金属的最新研究成果。论文题目为“Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis”（液态金属用于高熵合金纳米颗粒的合成）。武汉大学为第一署名单位。武汉大学付磊团队的博士研究生曹光辉、梁晶晶、杨柯娜以及南方科技大学郭增龙为共同第一作者。武汉大学教授付磊、曾梦琪、郭宇铮和南方科技大学副教授林君浩为共同通讯作者。武汉大学硕士研究生汪汇流，博士研究生万旭昊、李泽源、张奕乐、刘峻麟、郑臻颖、鲁才，本科生何广智、熊择优，陈胜利教授、刘泽教授为共同作者。

高熵合金是一种由五种或五种以上主元金属组成的新型合金，在极端条件下结构力学、能源转换与存储、医疗器械等领域具有重要的应用前景。实现高熵合金的原子级精准制造是其应用的基础。不同元素的物理化学性质差异会限制元素间的均匀混溶，不仅理想的高熵态难以获得，元素的选择也备受限制。根据吉布斯函数，高熵合金的合成通常依赖苛刻的高温反应条件来克服原子间不混溶性，并通过淬火等方式保持高熵态。在温和条件下实现高熵合金的多组元原子混溶是可规模化、可定制化精准制造的前提，而这个目标极具挑战。

付磊团队独辟蹊径，以“混合焓”为切入点，降低反应吉布斯自由能变，采用兼具负混合焓特性和流动性的液态金属，实现了温和条件下各类高熵合金体系的原子制造。液态金属（如镓）与大多数金属间亲和性好，混合焓为负值；且流动性良好，可加速传质，促进元素的均匀分散和合金化反应的进行。由此，在液态金属反应体系中，可在温和条件下实现高熵合金的多组元原子混溶，极大拓展了高熵合金的组分选择空间，有望促进其在更多关键领域的应用。

液态金属高熵合金原子制造示意图

武汉大学电气与自动化学院郭宇铮团队提供了计算模拟支持，基于第一性原理计算来研究“混合焓”对高熵合金固溶体形成的影响，结果证明了通过减小“混合焓”来降低吉布斯自由能实现元素分布均匀的合金的可行性。并构建机器学习势函数对高熵合金进行分子动力学模拟，表明在冷却过程中可以保留晶体结构。

混合焓对高熵合金形成的影响。（a）液态金属（Ga、In和Sn）与其他金属的二元混合焓统计。（b）二元合金的EDS Mapping图。（c）含有Ga、In、Sn以及不含Ga合金体系的混合焓和原子尺寸差异参数的分布图。（d）具有不同组元数目的上述四种体系的固溶相比例统计图。

研究工作得到了多方支持，南方科技大学的林君浩团队利用球差矫正高分辨率透射电子显微镜对样品进行了表征。武汉大学陈胜利教授、刘泽教授，内蒙古工业大学白一甲副教授和松山湖材料实验室冯燕朋副研究员等合作者在研究过程提供了支持。研究工作还得到了武汉大学公共测试平台以及上海同步辐射光源的支持。

付磊教授科研团队

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06082-9

（根据武汉大学新闻网报道整理）