液态镓助力高熵合金快速成型，为定制催化剂、耐用电池及矿物回收开辟新路径。
几个世纪以来，金属加工始终遵循固定范式 —— 将原料加热至红热状态，熔合后冷却定型。这种传统工艺造就了青铜、钢铁等支撑人类文明的无数合金。然而当工程师向耐极端高温材料或下一代电池技术迈进时，传统方法已显局限。
劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队如今打破陈规。他们发现了一种在接近夏日室温（而非炽热熔炉）条件下制备高熵合金（HEAs）的方法，有望开启兼具强度与多功能性的定制金属新纪元。
从火焰到液体的革命
高熵合金的独特之处在于其以近乎等比例平衡多种元素，这种平衡在原子尺度形成无序排列，正是其卓越韧性及耐久性的奥秘。这些特性使高熵合金在航空航天、能源及催化领域备受关注。过去学界普遍认为实现这种无序的唯一途径是高温处理 —— 传统方法需将金属加热至极端温度后快速淬火，使原子固定于混沌排列。
展开剩余60%伯克利团队另辟蹊径，以液态镓为反应介质。他们将金属盐溶于水后，在25-80°C的温和条件下与熔融镓接触，反应使金属迅速脱离氯原子并瞬间融合成稳定高熵合金。"这非常独特，因为其他合金制备方法效果不稳定。"实验室资深科学家郑海梅（音译）表示，"我们通过透射电镜率先发现反应机制，进而将其转化为合成技术。"
显微镜下的突破
转机源于液态细胞透射电子显微镜技术，该技术可实时观测原子尺度动态。博士后张秋波发现铜离子渗入镓液后以意外方式结合："新型碳膜液态细胞具备超高时空分辨率，使我们能捕捉到纳米级非晶态液态金属在0.1秒内转化为微晶的原子级瞬变过程。"这一发现直接催生了直接合成高熵合金的尝试。
初期实验仅获得纳米颗粒，经技术优化后已能制备克级量产物及不同晶体结构，并成功申请专利。
工业应用前景
该发现应用前景广阔：高熵合金可作为电池与燃料电池的高效催化剂，降低对稀缺进口矿产的依赖；在要求材料兼具强度与韧性的航空航天及机械系统中也展现潜力。为加速研发，郑团队正与"材料计划"负责人克里斯汀·佩尔松教授合作，将人工智能融入合金设计。
研究人员还探索将该技术用于矿物回收。采矿与地热作业产生的废水中含有钴等有价值元素，但现有提取成本过高。镓驱动工艺可将这些金属富集为可用合金。"这项发现为定制高熵合金开启了新范式。"郑海梅强调。
本研究依托分子铸造厂的电子显微镜设施，并获美国能源部科学办公室支持，成果发表于《自然》期刊。
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