近日，研究团队在高熵合金薄膜构筑自组装纳米多层膜领域取得最新进展。相关成果以题为《The barrier-free nanomultilayered structure via enthalpy-mediated phase separation in refractory high-entropy films》的研究论文发表于Acta Materialia，系统揭示了多元合金体系中利用热力学驱动机制实现纳米多层膜自发构筑的新路径，为高性能金属材料的结构设计提供了新的理论支撑与技术思路。

在传统金属材料中，通过控制沉积过程构筑具有周期性界面的纳米多层膜结构，是提高强度和耐久性的有效策略。然而，该方法往往依赖复杂的外部控制工艺，如逐层沉积或模板辅助，限制了其在复杂成分体系中的推广。我们的研究创新性地提出了一种基于混合焓差驱动的相分离机制，通过引入Pt元素，在多种高熵合金（HEA）薄膜中诱导自旋分解行为，实现了无需外加调控的自组装纳米多层膜结构，其界面清晰、形貌均匀，表现出晶态/晶态与非晶/非晶等多种亚稳态结构组合。

该研究选取三种具有不同原子尺寸失配程度（δ）的高熵合金体系（Zr-Nb-Ta-Mo-W、Zr-Hf-Nb-Ta-Mo、Zr-Hf-Nb-Cr-Mo）为模型，通过调控Pt含量及其与基体成分之间的混合焓（ΔH_mix），诱导出富Pt与贫Pt区域的成分分离，从而在微观尺度上形成清晰界限的多层结构。结果表明，在具备较大ΔH_mix差异和适当弹性能贡献的体系中，纳米多层膜结构能够在低至3 at.%的Pt含量下自发形成，且表现出优异的力学强化效应。

此外，研究还指出，子层的结构态（晶态或非晶）与体系的玻璃形成能力（GFA）密切相关，进一步扩展了高熵合金材料中亚稳态调控的理论边界。相比传统单相HEA膜，这些自组装纳米多层膜在纳米压痕测试中显示出更高的硬度与结构稳定性。

本项研究首次提出通过调控混合焓与原子尺度弹性能耦合机制，在无需层层控制的前提下实现高熵体系中纳米多层膜的自发构建，为开发新一代高强韧、结构可编程金属材料提供了科学依据与设计策略。

参考信息：Xingjia He, Yu Zhang, Mao Wen*, JiLei Qi, Longpeng Wang, Kan Zhang*, Weitao Zheng, “The barrier-free nanomultilayered structure via enthalpy-mediated phase separation in refractory high-entropy films”, Acta Mater. 267, 119729 (2024)