高熵合金與先進金屬——城大材料學的旗艦研究線

模塊:04 科研 · 子文件:材料學旗艦研究線 香港城市大學(CityUHK / 城大)的材料科學與機械工程,是該校學科聲譽最穩固的支柱之一。其中,高熵合金(High-Entropy Alloys, HEA)與先進金屬材料的研究,既支撐了城大在材料學科排名上的長期領先,也產出了一批被國際媒體與頂刊關注的代表性成果。本篇按公開來源梳理這條旗艦研究線。

# 一、什麼是高熵合金,為何重要

傳統合金通常以一種金屬為主元(如鋼以鐵為主),再摻入少量其他元素。高熵合金則反其道而行:由五種或更多金屬元素以接近等比例混合而成,其混亂(高熵)的原子排布反而帶來一系列異乎尋常的性能——高強度、高韌性、耐高温、耐腐蝕、抗輻照等。這使 HEA 被寄望用於航空航天、汽車設計、核工程等極端環境(城大研究報道^※)。

城大在這一前沿方向上聚集了一批活躍的研究者,數年間在《Nature》《Science》及材料類頂刊上密集發表,逐漸形成具國際辨識度的「城大學派」。

# 二、代表性研究成果(均附公開來源)

# 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:通過調控高熵合金中鈷(cobalt)的濃度,可以阻止合金內的納米顆粒在高温下迅速粗化(coarsening)。納米顆粒粗化會使材料在高温下性能劣化,而這項發現為開發可在高温極端環境中服役的下一代高熵合金鋪平了道路,被點名指向航空航天、汽車與核工程應用。

# 2.2 強度與延展性兼得:異質應變強化新機理(2022)

材料的「強度」與「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)共同領銜的團隊發現,多主元合金(multi-principal element alloys)中的異質應變場(heterogeneous strain fields)可通過一種異質應變誘導強化(heterogeneous strain-induced strengthening)的新機理,同時提升材料的力學性能,打破強度—延展性的傳統取捨。

# 2.3 超低温下的多階段變形

國際研究團隊(由城大科學家領銜)發現,高熵合金在超低温下展現出異常優異的力學性能,其原因是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^※)。這對低温服役環境(如航天、深空、低温儲運)的材料選型有直接意義。

# 2.4 增材製造金屬的疲勞性能

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)與同事研究了增材製造(3D 打印)金屬合金的疲勞性能;楊姓教授(Professor Yong Yang)與同事則就具有嚴重晶格畸變(severe lattice distortion)的多功能高熵合金作了綜述。這兩條線分別對應「先進製造」與「基礎機理」兩個維度。

# 三、學科地位:排名上的「全港第一」

城大材料學的研究密度,直接反映在學科排名上:

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 與城大官方綜述,跨年比較請回到 03-rankings/subject-rankings.md 核對歷年數據。

# 四、為何材料學成為城大的「王牌」

綜合公開資料,城大材料學之所以能形成集羣優勢,大致有幾條結構性原因:

1. 學科聚焦明確。城大體量在港八大中偏小,長期採取「有所為有所不為」的策略,把資源集中投向材料、工程、計算等少數高產學科,而非追求全科齊全。
2. 專利與轉化導向。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^※的口徑見概覽模塊),材料/工程是專利產出的主力學科。
3. 國際化團隊。城大國際教員約佔七成(詳見 00-overview/facts-and-figures.md),材料學團隊的國際合作網絡密集,前述多項成果均為跨國團隊領銜。
4. 三十年積澱。《Advanced Materials》於 2024 年專門以特刊紀念城大建校 30 週年的材料研究^※,側面印證這條研究線已有相當歷史厚度,而非一時之功。

# 五、小結

城大材料學的旗艦地位,建立在高熵合金 / 多主元合金這一前沿方向的持續突破之上:從「鈷調控抑制納米顆粒粗化」的熱穩定化策略,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與增材製造金屬疲勞研究,城大在該領域形成了從基礎機理到工程應用的完整鏈條。這條研究線既是城大材料學科長期領跑全港、躋身世界前列的底氣,也是其「小而精、重轉化」辦學策略的最佳註腳。