西安交大材料学院丁俊教授受邀撰写《自然评论材料》10周年专题文章：高熵合金“有序-无序”新范式

近日，《自然评论材料》（Nature Reviews Materials）[IF = 86.2] 迎来创刊十周年，邀请12名青年科学家阐述过去十年来材料科学关键细分领域最具变革性的突破及其未来的重要研究方向，这12个细分领域如其最新封面所概述(图1)。其中，西安交通大学材料学院、金属材料强度全国重点实验室材料创新设计中心丁俊教授受邀撰写关于金属材料方向的评论文章：“有序还是无序—高熵合金的关键问题（Order or disorder, that is the question in high-entropy alloys）”，从多主元合金化学“有序-无序”这一核心命题出发，凝练高熵合金研究范式在过去十年的重要转向。

图1. 《自然评论材料》最新封面，概述了十周年专题关注的12个重要的材料领域

文章指出，高熵合金曾长期被视为“完全化学无序”的多组元固溶体，“高熵”也常被等同于随机性与构型熵稳定。然而，过去十年的实验表征与计算研究共同表明：真实高熵合金中广泛存在跨尺度的化学不均匀性包括局域有序结构，从亚纳米尺度的近邻配位偏好（化学短程有序，CSRO），到纳米尺度的成分起伏与组元富集，再到多组元有序纳米析出相等（图2）。推动这些认识的，是透射电镜、三维原子探针以及原子电子断层成像（AET）等表征与建模能力的快速进步，使得原子尺度局域化学环境逐步可视化。这些“隐藏的化学图样”并非细枝末节，而往往决定位错运动、孪生行为、层错能、点缺陷演化以及电阻率等关键响应，进而影响宏观力学、辐照与功能性能。也正因如此，研究者开始将“化学有序倾向”从不受欢迎的“偏离理想状态”转变为可工程化利用的设计变量：通过成分设计与热—力加工主动编程局域有序、成分调制和析出层级，从而实现更可控、更可靠的性能组合。

面向未来，文章强调两条值得重点投入的方向：其一，块体高熵合金中CSRO的可靠定量仍是瓶颈，需要在原子尺度三维成像、谱学耦合与重构算法等方面持续突破；其二，高熵合金的设计空间不仅是“选元素”，还包括“元素分布如何有序化”以及与加工历史的强耦合。增材制造等非平衡路径提供了调控局域有序与分级结构的独特通道，而要在庞大耦合空间中实现加速发现，则亟需将AI、高通量计算、自动化实验与数据库整合为闭环预测与验证体系。

图2.高熵合金中的成分空间与化学结构状态的示意图

西安交大金属材料强度全国重点实验室为论文通讯单位。丁俊教授为论文唯一作者和通讯作者，长期从事高熵合金与非晶合金的原子尺度结构-性能关联研究。

论文链接地址： https://doi.org/10.1038/s41578-025-00887-y

丁俊教授研究主页：https://jdmse.github.io/en/