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1. 提出一种合理新方法！基于位置偏好描述高熵合金中原子分布和构型熵

原创 特铸杂志 青稞讲堂2022-12-28 15:00 发表于湖北

导读

文中提出了一种合理和通用的方法来描述亚晶格上原子的位置占据分数（SOFs），从而描述HEAs的构型熵。利用亚晶格模型计算了由相应纯元素合成的SOFs的复合HEA化学反应的热力学函数，并采用密度泛函微扰理论（DFPT）计算了一定温度下的相关热力学性质。对三种典型的具有不同相结构的高熵合金进行了定量计算和图形演示。从基于SOFs的原子分布构型出发，通过统计分析同类型原子间的配位数，进一步探讨了近距离或局部排序行为，发现该配位数远小于相应的FCC、BCC或HCP结构纯金属的配位数，且同类型原子形成的簇的尺寸相当小。HEAs的数量和图形特征为进一步预测晶格畸变和不同性质提供不可或缺的结构信息。

高熵合金(HEAs)或复合成分合金(CCAs)是合金设计领域中巨大而重要的概念创新。高熵合金倾向于形成简单的相结构，自2004年提出以来，在世界范围内已经进行了广泛的探索。一些高熵合金有望具有一种或多种独特的性能，具有潜在的应用前景。

为了更好地了解其微观结构演变和不同的性能，进行了大量的试验和计算研究。然而，对HEAs精细相结构的深入了解是相当有限的。前期工作中，严格地基于若干金属间化合物的相应晶体信息，提出了一种通用的亚晶格模型来预测金属间化合物和高熵合金的亚晶格上原子的位置偏好。预测结果与已有的结果吻合良好，但热力学函数有待进一步改进。

基于前期研究成果，福州大学的研究团队报告了一种模型、计算方法以及若干高熵合金的研究成果，成功地对高熵合金的占位率、构型熵和原子分布进行了定量描述和图形演示，扩展了超越玻尔兹曼公式的一般亚晶格模型，以描述基于位置偏好的高熵合金中的原子分布和构型熵。相关成果以题为“A reasonable approach to describe the atom distributions and configurational entropy in high entropy alloys based on site preference” 发表于金属期刊《Intermetallics》。

与传统的基于化学成分的玻尔兹曼公式假设原子随机分布在全晶格上不同，该公式合理地考虑了原子在不同子晶格上的确切位置偏好。该理论模型可用于计算占位分数，模拟原子分布，从而了解高熵合金的真实原子环境(精细相结构)。同时，提出了一种基于占位分数的更合理的计算构型熵的公式。

第一通讯作者

吴波，教授、博导，福州大学材料学院多尺度材料设计与应用实验室创始人，留德归国学者，从事跨尺度材料计算设计研究。聚焦金属材料的精细结构与性能之间的关系，从金属材料物相结构与合金热力学角度，研究合金相中原子择优占位行为与力学性能之间的关系，创新性地建立了一系列定量化和图像化描述高熵合金（高熵材料）的四大效应的理性方法，发表系列有关方法论的学术论文和专利，引起同行广泛关注。

项目历经10余年时间，历届相关课题学生均具有相当贡献，其他作者在诸多方面具有贡献，一并致谢。