譯／韋士塔

製作各種機器、器件、結構所需的物質稱為材料，其優劣通常取決於強度、延展性、韌性；強度是指在外力作用下，材料抵抗變形的能力，延展性代表材料受力斷裂前變形的能力，這兩種特性，則構成材料對抗斷裂的韌性。

美國的研究人員研究高熵合金（HEA）材料時發現，由鉻（Cr）、鈷（Co）及鎳（Ni）製成的新型鉻、鈷、鎳金屬合金CrCoNi，是目前已知最具抗斷裂特性的堅硬材料；不僅如此，這種合金在超低溫環境下，甚至會具備更高的強度與韌性，代表這種材料具備許多潛在用途，例如：在外太空等極端環境使用。

橡樹嶺國家實驗室和田納西大學高級合金理論與開發主任、冶金學家喬治（Easo George）表示：「當你設計結構材料時，你希望它們既堅固又具有延展性及抗斷裂性，但通常無法兼得。不過，鉻、鈷、鎳（CrCoNi）合金卻兼具異常高的強度與延展性，並且在低溫下變得更硬。」

喬治與柏克萊國家實驗室（Berkeley National Laboratory ）的機械工程師瑞奇（Robert Richie）合作研究HEA材料。目前使用的所有合金，都以某一種金屬為主，添加的其他金屬較少，但HEA的每種組成元素的數量相當，這些平衡的原子配方，似乎賦予了這些材料在受力時，具有極高的強度及延展性的組合。

喬治與瑞奇在刊登《科學》（Science）期刊的報告表示，合金CrMnFeCoNi（鉻、錳、鐵、鈷及鎳）的強度與延展性，在低溫下不受影響，這個特點與現有的大多數材料相反。經過深入研究，他們更發現這種合金的一種衍生物CrCoNi具有更卓越的特性。

為了測試這種合金材料的極限，研究團隊在超低溫的液氦溫度環境，利用中子衍射（neutron diffraction）、電子背散射衍射（electron backscatter diffraction）及透射電子顯微鏡（transmission electron microscopy）等技術測試，觀察讓材料裂開並測量導致斷裂所需的應力，並查看樣品的晶體結構。

測時結果顯示，CrCoNi合金的韌性，在-253℃仍保持穩定，且韌性達到500MPa-Sqrt（meter）。瑞奇解釋，在相同單位下，矽的韌性為1，客機使用的鋁製約為35，品質最好鋼材約為100，因此500是個極為驚人的數據。

喬治表示，這項研究結果，讓人們更了解CrCoNi合金的內部機制，包括CrCoNi如何以特定順序引發一系列原子相互作用，在低溫環境呈現高韌性。這不但讓CrCoNi合金及其HEA距離應用於特殊領域又邁進一步，並且能促使材料科學界重新思考有關物理結構與性能之間的關係。

研究團隊的下一步，是找出這種材料的潛在應用領域；儘管CrCoNi的製造成本很高，但很可能被用於外太空等低溫環境。研究團隊也將繼續尋找其他高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能的合金。