圖說:高熵合金之父葉均蔚的故事,收藏於「不一樣的路」書中,右為產業人物主筆王麗娟。
葉均蔚發明的高熵合金,顛覆了傳統合金配方的迷思,是改寫材料史的成分大發現。傳統的合金配方,觀念上都是以一個金屬元素為主,再添加少量其他元素熔鑄以改善性質。大家常聽的碳鋼、不鏽鋼、鋁合金、鈦合金,都是這樣的合金概念。
改寫材料史的成分大發現
過去大家都認為,如果元素添加得越多,就會大量形成化合物,致使材料變脆,根本無法使用。這樣傳統合金的觀念,從一萬年前延續至今。
直到葉均蔚以實證,打破了這個迷思!
1995年,葉均蔚勇闖人煙未至的新世界,在沒有任何參考資料的情況下,開始探索「高熵合金」。他持續努力了八年,直到第九年,也就是2004年,才正式發表論文。
葉均蔚證明,合金材料的確可以做到兼具高強度與高韌性,推翻了大家過去的迷思,並將之取名為「高熵合金」。由於已經累積了長時間的研究數據及經驗,因此,葉均蔚一開始發表,就是重磅出擊。不但給了「 高熵合金 」兩個定義,而且論文發表的速度很快,一篇又一篇,數量驚人。
葉均蔚為「高熵合金」下了兩個定義,彷彿為材料世界找到神奇密碼。
第一個定義,是成分。強調高熵合金以五個以上的主要元素作為主角,每個主元素的原子百分比在5%~35%之間,其餘的次元素比例則小於5%。
第二個定義,以組態熵值來定義高熵合金。定義了熵值在1.5R以上是高熵、介於1.5R到1R之間是中熵,至於傳統合金熵值都是1R以下,則屬於低熵。(R是氣體常數)
在高熵合金的定義下,可以發展出數以萬計的合金系統,引領了全球材料領域的研究風潮。同時,許多企業也紛紛找到清華大學來,希望葉均蔚教授的技術能夠幫助他們突破創新。葉均蔚的這項創新發明,引領帶動了許多新材料的開發研究,在國際上被稱為「高熵合金之父」,並獲頒「2021年行政院傑出科技貢獻獎」。
科學家影響力 台灣第一、全球第二
在全球頂尖科學家的排行榜上,葉均蔚(Dr. Jien-Wei Yeh)的大名於近兩年(2021~2022)已竄升為台灣第一,在材料領域已躍居世界第二。這樣的成績,全始於他在1995年的靈機一動,在潛心研究八年後,於2004年起,持續大量發表研究成果。
葉均蔚教授是「高熵合金」的命名者與定義者。自2004年葉均蔚發表全球第一篇高熵合金論文以來,近20年間發表的相關論文累計達180篇,根據Scopus統計至2023年11月16日,其論文被引用次數達42,874次,國際影響力十分可觀。
如今,高熵合金與高熵材料如今不但受到全球重視,更成為材料科學熱門的研究主題,尤其在2016年,國際著名期刊Nature雜誌對高熵合金進行深入的專題報導後,肯定高熵合金的發明及台灣為發源地的事實,更進一步引發廣大的學術影響全球高熵的研究論文呈指數型成長,累計至2022年已超過11,900篇。
在書籍與專刊方面,有超過50種高熵合金的論文專刊,以及超過14本高熵合金及高熵材料的原文書出版。在國際會議方面,包括清華大學2016年舉辦的第一屆「高熵材料國際研討會」在內,以高熵為主題的國際會議已超過55個,可見其熱門的程度。
成立新創公司 推廣應用方案
從2004發表第一篇「高熵合金」論文,震撼全球材料界以來,葉均蔚於20年間,持續樹立許多重要里程碑。如今「高熵合金」更將寫入教科書,全球發行。
2018年元旦,在教育部「深耕計畫」及科技部共同支持下,葉均蔚推動成立了「高熵材料研發中心」,他擔任該中心主任,並號召多達30位教授參與研究,其中有半數來自清華大學。
葉均蔚強調,「高熵材料研發中心」的目標,一方面在創造臺灣科技之優先性,另一方面,則實踐於接地氣的應用。傳統的合金材料在嚴苛的使用環境,出現性能不足或壽命不長的各種應用,都是高熵合金的機會;加上如今氣候變遷,ESG普獲重視,節能減碳需要的綠色材料及綠色製程,都將為高熵材料帶來更多挑戰與機會。
從2016年Nature雜誌大篇幅報導高熵合金,接著2018年清華大學成立「高熵材料研發中心」後,許多海外到訪清大的校長,總是特別指名要到該研發中心參觀。在教授群專家們的努力研發下,短短幾年,清大「高熵材料研發中心」的技術移轉與產學合作計畫已締造近新台幣一億元的收入。
2021年,葉均蔚進一步推動成立「高熵材料科技公司」,成為台灣第一家高熵合金材料整體解決方案的專業廠商。
從高爾夫球桿、網球拍、化學工廠的結構件、油井軸承、人工關節、骨板、骨釘、強調精密與強韌特性的CNC工具機分度盤,到用於煉油廠及礦坑的高熵無毒無火花的手工具,各式應用種類繁多。其中,高熵銅合金蝸輪已安裝在超過15,000台CNC工具機,另外,無毒無火花的高熵合金,已經有六家手工具大廠接受關鍵技術移轉。
葉均蔚的發明與影響力獲全球矚目,且落實產業應用,為材料發展史寫下創新篇章,行政院於2021年特別頒發「傑出科技貢獻獎」。清華大學圖書館擘劃展出的「亂度中的哲學-高熵合金之父葉均蔚」特展,為學生與參觀人士,系統性且流暢地介紹葉均蔚教授的發明與影響力,堪稱高水準的呈現。
圖說:清大圖書館規劃的「亂度中的哲學-高熵合金之父葉均蔚」,即將展出到2024年2月25日。右起:葉均蔚教授、彭宗平教授、清大圖書館館長林登松。
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