葉均蔚開創高熵合金一家之學,被譽為「高熵合金之父」。自他第一篇高熵合金的開山論文於2004年發表以來,全球許多學者紛紛投入此一新興研究領域,相關論文數呈指數成長,平均每天有10篇新的論文發表。
傳統合金通常以鋁、鎂等一種金屬元素為主,再添加少量的其他元素;過去普遍認為如果添加太多不同的金屬元素會使合金脆裂、甚至無法合成。葉均蔚提出的高熵理論及實證,則顛覆傳統思維,提高亂度產生高混合熵(high mixing entropy),可將5種以上的金屬等比例或非等比例合成,創造出更強、更韌、更具延展性及耐高溫、耐腐蝕的高熵合金。就連美國能源部、各軍種實驗室、橡樹嶺等國家實驗室都積極投入此領域研究開發。
全球物理、化學、材料、機械、計算模擬等領域的科學家過去20年來紛紛投入高熵材料的研究,已研發出高熵合金、高熵陶瓷、高熵聚合物等多種高熵材料。葉均蔚認為,未來最具潛力的高熵材料之一即為高熵觸媒,可望突破電解水產氫使用貴金屬的瓶頸,解決未來能源問題,如丹麥幾年前就成立了高熵觸媒研發中心。
此外,葉均蔚也十分看好高熵材料的耐高溫、抗輻射等特性,將有助於突破核融合反應爐或系統的材料瓶頸。取之不盡、用之不竭的能源可望大幅減少二氧化碳的排放,並將人類的太空旅行往前推進一大步。
因此,幫助各領域的科學家更了解高熵材料的基本原理及特性,就成了葉均蔚心心念念的使命。 葉均蔚說 : 「在我的想法裡,『熵』是哲學,也是一套思想體系,如果能把熵的哲學想通透,多元系統的研究思維就能四通八達、更有效率。」
葉均蔚舉例,一德國研究團隊曾針對高熵材料的緩慢擴散效應設計實驗,認為結果與理論不甚符合。但葉均蔚看過論文後,發現他們比較擴散係數並未考慮到不同材料的熔點各異;若將熔點納入考量,結果仍然符合緩慢擴散效應。有趣的是該團隊後來發表的論文也納入熔點因素,並承認緩慢擴散效應。葉均蔚說,科學就是這樣,「總是會有人質疑,但真理越辯越明。」
葉均蔚在這篇文章中也詳細說明了高熵材料的晶格扭曲效應,不同金屬原子的排列呈不規則狀態,但輻射照射產生的晶格破壞卻能互相調整,出現令許多科學家感到不可思議的「自癒」現象。也就是這個特性,使高熵材料能抗輻射並耐高溫,可望引領抗核融合及太空輻射線材料的研究突破。
此外,葉均蔚也闡明雞尾酒效應,可透過各種元素的特性、元素間相互作用及各結構因素對材料不同性質的影響,設計適當的成分及製程,得到更好的加乘特性,進而產生多元應用。如同調配雞尾酒一樣,調酒師掌握其中關連,即可享受調配開發新風味雞尾酒的樂趣。
《闡明高熵材料四大效應》論文由葉均蔚指導的清華材料系博士後研究員許瑋麟擔任第一作者,清華材料系教授葉安洲、蔡哲瑋共同執筆。
葉安洲為英國劍橋大學材料工程與冶金博士。他表示,國外許多優秀學者雖跟隨葉均蔚的腳步投入高熵材料研究領域,但未徹底理解「高熵」的基本概念與內涵,甚至誤以為只是混合多種元素,因此無法妥善融合不同元素、真正發揮高熵效益的精義。
許瑋麟表示,自恩師葉均蔚2006年提出高熵合金四大效應以來,相關研究也踏入了全新領域,學界難免會有疑問,這篇論文的目的即在闡明釋疑。他在撰寫論文的1年時間,跟隨葉均蔚老師學習,不僅對高熵效應有更完整及深刻的理解,也對新型材料設計及應用提出新的思路。
蔡哲瑋指出,高熵的組合無窮無盡,將材料領域帶入了新世界;這篇論文具指標性意義,未來也可望將獲學界廣泛引用。
美國史丹佛大學團隊去年公布「全球前2%頂尖科學家」榜單,葉均蔚在單年度科學影響力排行榜中名列全台第一,並在全球的材料領域及應用物理領域分別榮登第二名。
葉均蔚上個月才在墨西哥召開的第32屆國際材料研究年會(International Materials Research Congress ,IMRC)獲頒卓越貢獻獎,表彰他對全世界材料研究領域做出的卓著開創性貢獻。這是大會32年來首度頒獎給與會者。年會還特別以葉均蔚為名舉辦高熵專題研討會,一連4天共發表64篇論文。葉均蔚除發表演說,也和各國科學家交流研究心得。
葉均蔚一向以在清華大學完成學士、碩士及博士學業的「三清」學習經歷為榮,他所指導的蔡哲瑋、許瑋麟也是「三清」學者。葉均蔚表示,清華不僅是高熵合金的「發源地」,也期許高熵材料研究能在此發揚光大。