香港城市大学杨涛Materials Today：化学复杂型金属间化合物合金——材料创新的新前沿

【研究概述】

金属间化合物材料拥有多种多样的有序超点阵结构和许多不同寻常的物理化学特性。特别是化学复杂型金属间化合物合金（CCIMAs；亦或被称之为多组元超点阵合金，高熵金属间化合物合金等）的出现在近年来受到了相当大的关注，并为开发用于高级结构应用的新型金属材料提供了崭新的设计路径。这些新型CCIMAs可表现出非常独特的结构和化学的协同调节，例如自组装长程密排的原子有序排列、复杂超晶格的亚点阵占位和界面纳米级的多元素共偏聚和无序相变等，从而显示出了诸多传统金属材料所无法拥有的优异的物理和机械性能，如反常屈服、高强韧、抗蠕变、超弹性、形状记忆效应等等。香港城市大学杨涛课题组提出的CCIMAs的合金设计策略大大拓宽了新材料创新与研发的思路与范围。毫无疑问，这一创新理念也将成为开发新型高性能合金与特种装备的新前沿, 有望在航空航天、核能、汽车、化学工程等关键领域发挥十分重要的作用。相关成果以 “Chemically complex intermetallic alloys: a new frontier for innovative structural materials”为标题发表在Materials Today期刊 (https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.12.004; IF:31.041) 。该论文第一作者和通讯作者为香港城市大学材料科学与工程学院的杨涛教授（T. Yang），香港城市大学的刘锦川教授(C.T. Liu)为该论文共同通讯作者。合作者包括香港城市大学B.X. Cao博士、T.L. Zhang博士、J.H. Luan博士，H.J. Kong，以及哈尔滨工业大学的Y.L. Zhao教授、W.H. Liu教授等等。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.12.004。

【图文摘要】

图1. 三种具有L1₂型晶体结构的二元金属间化合物合金的反常屈服行为

图2. 二元金属间化合物合金中最常见的20种母体晶体结构的统计与分布

图3. 新型化学复杂型L1₂和B2超点阵合金与传统二元超点阵合金的原子占位示意图

图5. 化学复杂型金属间化合物合金中独特的晶界纳米无序化和多元素协同共偏聚行为

图6. 化学复杂型金属间化合物合金（单晶态）中的超弹性与非传统的相变行为

图8. 化学复杂型金属间化合物合金的高温蠕变行为

图9. 具有稳定纳米晶结构的化学复杂型金属间化合物合金的设计思路与构想

【作者简介】

杨涛，香港城市大学材料科学与工程系助理教授，博导，香港城市大学深圳研究院副研究员，香港三维原子探针联合研究实验室的核心成员等。先后荣获香港高等研究院(HKIAS)杰出博士后研究员， Rising Star Award，香港杰出青年学者等称号。长期从事先进金属材料的合金设计与组织结构调控的研究，主要通过三维原子探针层析（3D-APT）和透射电镜（HR-TEM）等技术手段研究合金材料的成分设计、材料热力学与动力学行为、固态相变行为与变形机制等。目前的研究课题主要集中在多主元金属间化合物，高熵合金，钛合金、晶界工程、3D打印等相关领域。课题组内拥有非常齐全的金属材料加工与显微表征的仪器设备。近年来先后取得了多项开拓性的研究成果。截至目前为止，已在材料领域的知名期刊Acta Materialia, Scripta Materialia, Science, Advanced Materials, Journal of Alloys and Compounds, Intermetallic, Nature Communications, Materials Research Letters等发表学术论文50余 篇，其中以第一作者和通讯作者在Science期刊发表学术论文三篇。先后担任Acta Materialia, Scripta Materialia, Science, Advanced Materials, Journal of Alloys and Compounds, Intermetallics, Materials Today Physics等期刊的审稿人。与此同时，担任Advanced Powder Materials期刊特聘编委、《粉末冶金材料科学与工程》期刊编委、Frontier in Materials客座编委，国际科学组织Vebleo协会会士（Vebleo Fellow）等。

【参考文献】

【1】Yang, T., et al. " Chemically complex intermetallic alloys: a new frontier for innovative structural materials " Materials Today (2021).

【2】Yang, T., et al. "Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces." Science 369.6502 (2020): 427-432.

【3】Yang, T., et al. "Towards superior mechanical properties of hetero-structured high-entropy alloys via engineering multicomponent intermetallic nanoparticles." Scripta Materialia 183 (2020): 39-44.