高エントロピー合金とは？
高エントロピー合金（HEA）は、5種類以上の元素をほぼ等しい割合で含む合金です。主元素1つに微量元素を添加するという従来のルールを打ち破り、独特な原子の乱れが生まれ、驚異的な強度、耐熱性、耐食性を実現します。
なぜ重要なのか？ 高い配置エントロピーが脆い金属間化合物の代わりに単純な固溶体相を安定化させます。このカクテル効果により創発的特性が生まれます。例えばCantor合金（CrMnFeCoNi）は極低温で靭性が増すという、従来の金属とは逆の性質を示します。
📖 詳細分析
例え 1
ベースとなる 1 つのフルーツに他のフルーツを少し混ぜる代わりに、5 つの同様に優勢なフルーツを使ったスムージーを作ることを想像してみてください。結果として得られる味は、個々の果物とはまったく似ていません。まったく新しいフレーバーです。これが高エントロピー合金における「カクテル効果」です。組み合わせた特性は個々の金属だけからは予測できません。
例え 2
伝統的な合金は、1 つの言語が優勢な学校のようなものです (例: 95% が英語)。高エントロピー合金は、5 つの言語が平等に話される学校のようなものです。結果として生じる文化は根本的に異なり、多くの場合、単一言語の環境よりも回復力と順応性が高くなります。
🎯 シミュレーターのヒント
初心者
5 つの元素を同じ割合で選択し、結晶構造と相の安定性を観察します。
中級者
元素比を変化させて、相形成を決定するエントロピーとエンタルピーのバランスを確認します。
上級者
組成を最適化することで、特定の特性をターゲットにした合金を設計します。
📚 用語集
🏆 主要人物
Jien-Wei Yeh (2004)
「高エントロピー合金」を造語し、その特性を最初に特徴付けた国立清華大学教授
Brian Cantor (2004)
オックスフォードの冶金学者で、等原子多成分合金 (CrMnFeCoNi) を独自に開発
Robert Ritchie (2014)
HEAが極低温でも並外れた靭性を維持することを発見したカリフォルニア大学バークレー校の研究者
Easo George (2014)
カンター合金の優れた機械的特性を測定したオークリッジの研究者
Dierk Raabe (2019)
計算による HEA 設計と多主元素合金理論を推進するマックス プランクの研究者
🎓 学習リソース
- Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements [paper]
高エントロピー合金とその独特の特性を定義する基礎論文 (Advanced Engineering Materials、2004) - A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications [paper]
CrMnFeCoNi における並外れた極低温靭性の発見 (Science、2014) - HEA Database [article]
高エントロピー合金の組成と特性の検索可能なデータベース - Nature Reviews Materials - HEA Collection [article]
高エントロピー合金研究論文の厳選されたコレクション