高熵合金同先進金屬——城大材料學嘅旗艦研究線

香港城市大學(CityUHK)綜合資訊數據庫 · 04 科研模組 · 材料學深挖系列 本文聚焦城大材料科學嘅旗艦前沿方向——高熵合金(High-Entropy Alloys, HEA)同先進金屬材料，梳理佢嘅代表性突破同學科排名地位。總覽同其他標誌性突破(鈣鈦礦、PEN、液滴發電)見 materials-and-engineering-research.md。

傳統合金嘅配方邏輯近乎直覺：揀一種金屬做主角，譬如鋼以鐵為主，再摻入少量其他元素調味。高熵合金就反其道而行——由五種或更多金屬元素以接近等比例混合，刻意製造一種原子排佈上嘅「混亂」。反直覺嘅係，呢種混亂不但冇令材料變差，反而帶嚟一系列異乎尋常嘅性能：高強度、高韌性、耐高温、耐腐蝕、抗輻照。亦都因為噉，高熵合金被寄望用喺航空航天、汽車設計、核工程呢類極端環境。城大喺呢個前沿方向上聚集咗一班活躍嘅研究者，數年間喺《Nature》《Science》同材料類頂刊上密集發表，逐漸形成具國際辨識度嘅「城大學派」。

# 一、乜嘢係高熵合金，點解咁重要

傳統合金通常以一種金屬做主元(譬如鋼以鐵為主)，再摻入少量其他元素。高熵合金就反其道而行：由五種或更多金屬元素以接近等比例混合而成，佢嘅混亂(高熵)原子排佈反而帶嚟一系列異乎尋常嘅性能——高強度、高韌性、耐高温、耐腐蝕、抗輻照等。噉樣令 HEA 被寄望用喺航空航天、汽車設計、核工程等極端環境(城大研究報道^※)。

城大喺呢個前沿方向上聚集咗一班活躍嘅研究者，數年間喺《Nature》《Science》同材料類頂刊上密集發表，逐漸形成具國際辨識度嘅「城大學派」。

# 二、代表性研究成果(全部附公開來源)

# 2.1 熱穩定高熵合金：用鈷「鎖住」納米顆粒(2022)

2022 年 11 月^※，城大材料科學家發現：透過調控高熵合金入面鈷(cobalt)嘅濃度，可以阻止合金內嘅納米顆粒喺高温下迅速粗化(coarsening)。納米顆粒粗化會令材料喺高温下性能劣化，而呢項發現為開發可以喺高温極端環境中服役嘅下一代高熵合金舖平咗道路，被點名指向航空航天、汽車同核工程應用。

# 2.2 強度同延展性兼得：異質應變強化新機理(2022)

材料嘅「強度」同「延展性」通常此消彼長——越硬往往越脆。2022 年 8 月^※，一支由城大楊姓教授(Professor Yang Yong)共同領銜嘅團隊發現，多主元合金(multi-principal element alloys)入面嘅異質應變場(heterogeneous strain fields)可透過一種異質應變誘導強化(heterogeneous strain-induced strengthening)嘅新機理，同時提升材料嘅力學性能，打破強度—延展性嘅傳統取捨。

# 2.3 超低温下嘅多階段變形

國際研究團隊(由城大科學家領銜)發現，高熵合金喺超低温下展現出異常優異嘅力學性能，原因係材料內多種變形機制並存——即所謂多階段變形過程(multi-stage deformation process)(SciTechDaily 報道^※)。呢個發現對低温服役環境(譬如航天、深空、低温儲運)嘅材料選型有直接意義。

# 2.4 增材製造金屬嘅疲勞性能

據 《Advanced Materials》城大建校 30 週年材料研究特刊(2024)^※綜述，城大呂姓教授(Professor Jian Lu)同同事研究咗增材製造(3D打印)金屬合金嘅疲勞性能；楊姓教授(Professor Yong Yang)同同事就具有嚴重晶格畸變(severe lattice distortion)嘅多功能高熵合金作咗綜述。呢兩條線分別對應「先進製造」同「基礎機理」兩個維度。

# 三、學科地位：排名上嘅「全港第一」

城大材料學嘅研究密度，直接反映喺學科排名上：

口徑提醒：學科排名逐年波動，「全港第一/世界前 50」均以特定年度、特定榜單為準。本館所引為 QS by Subject 2026 同城大官方綜述，跨年比較請返去 03-rankings/subject-rankings.md 核對歷年數據。

# 四、點解材料學會成為城大嘅「王牌」

綜合公開資料，城大材料學之所以能夠形成集羣優勢，大致有幾條結構性原因：

1. 學科聚焦明確。城大體量喺港八大中偏細，長期採取「有所為有所不為」嘅策略，將資源集中投向材料、工程、計算等少數高產學科，而唔係追求全科齊全。
2. 專利同轉化導向。城大長期以「獲美國專利全球百強大學」自況(全港第一、亞洲前列^※嘅口徑見概覽模組)，材料/工程係專利產出嘅主力學科。
3. 國際化團隊。城大國際教員約佔七成(詳見 00-overview/facts-and-figures.md)，材料學團隊嘅國際合作網絡密集，前述多項成果都係跨國團隊領銜。
4. 三十年積澱。《Advanced Materials》喺 2024 年專門以特刊紀念城大建校 30 週年嘅材料研究^※，側面印證呢條研究線已經有相當歷史厚度，而唔係一時之功。

# 五、小結

城大材料學嘅旗艦地位，建立喺高熵合金 / 多主元合金呢個前沿方向嘅持續突破之上：由「鈷調控抑制納米顆粒粗化」嘅熱穩定化策略，到「異質應變誘導強化」打破強度—延展性取捨，再到超低温多階段變形機理同增材製造金屬疲勞研究，城大喺呢個領域形成咗從基礎機理到工程應用嘅完整鏈條。呢條研究線既係城大材料學科長期領跑全港、躋身世界前列嘅底氣，亦係佢「小而精、重轉化」辦學策略嘅最佳註腳。