高熵合金因具備優異的機械強度、耐熱與耐腐蝕特性，一直被視為新一代材料開發的重要方向。
然而，當研究者試圖將這些卓越特性以薄膜形式導入電子、能源或耐磨相關應用時，卻經常受限於高昂的製備成本與複雜的技術門檻。
近期，日本金澤大學攜手印度理工學院海德拉巴分校以及英國斯特拉斯克萊德大學提出一項創新技術，成功擺脫製程瓶頸，以更低成本實現高性能高熵合金薄膜的沉積，為材料工程開啟新的想像空間。
目錄
高熵合金的潛力與挑戰
高熵合金是一種由五種以上元素近似等比例混合而成的新型材料，其結構與性質顛覆傳統合金設計概念。特別是在高強度、耐熱性與耐腐蝕性方面，展現令人注目的優勢。如果能以薄膜形態呈現，相關材料將有機會被應用於電子元件保護層、耐磨表面、能源裝置以及極端環境的工程元件。然而，實現均勻混合的多元素薄膜需要多靶材同步控制，且需使用昂貴的高熵合金靶材，製程複雜且成本高昂，限制了技術落地與產業規模化。
由旋轉靶材與脈衝雷射開啟的新策略
研究團隊的創新點在於結合脈衝雷射沉積法(PLD)與新設計的旋轉式靶材結構。與其使用單一合金靶材，他們將構成典型高熵合金「坎特合金」的五種純金屬──鉻、錳、鐵、鈷、鎳──製成扇形薄片，排列成圓盤狀靶材。當靶材在旋轉狀態下接受雷射照射時，不同金屬原子被擊出並同時傳輸至基板表面，使得複雜元素得以自然混合並形成高熵合金薄膜。這種設計讓單一靶材即可完成過去需多靶控制的步驟，降低設備成本，也讓調整配方變得更靈活。
薄膜形成不只是覆蓋，更是深入植入
實驗結果顯示，該技術已成功在玻璃、鋁與鋼鐵等不同材質的基板上形成厚度數百奈米的高熵合金薄膜。透過斷面觀察可進一步發現，薄膜並非僅附著於表層，而是經由「原子植入效應」進入基板內部，形成與材料結合更緊密的結構。這種雷射加速原子造成的植入行為，不僅提升薄膜附著力，也讓功能層具備更高耐用性與穩定性。
控制薄膜結構的精準調節能力
沉積過程中，研究團隊發現改變成膜腔內的氣體壓力有助於調整原子的動能，並進而控制薄膜的深度與厚度。這項特性代表未來可依應用需求進行精準調製，例如提高耐磨層厚度、增加熱擴散能力或提升保護層韌性。在材料表面工程中，這種高度可控性往往意味著更廣泛的實際價值與產業潛力。
客製化材料設計的廣闊前景
此項技術最大的吸引力，在於能以低成本、低複雜度製備具有高附著性與高性能的功能薄膜，且不受基板材料限制。無論是金屬、陶瓷或玻璃，都可透過簡化的成膜流程完成表面改質。更重要的是，只需調整靶材的金屬種類與排列方式，就能創造具備不同性質的客製化高熵合金薄膜，使應用彈性大幅提升。
結論
金澤大學與相關合作團隊提出的新技術，為高熵合金薄膜的製備提供了更具成本效率與可行性的方向，使高性能材料的應用不再受限於昂貴的製程條件。當技術逐步完善並擴展至更多金屬組合時，未來在電子封裝、防護鍍膜、熱管理與能源領域，都有望看到這項創新技術帶來的具體成果。這不僅是材料科學的突破，更可能是產業應用新一波演化的起點。
資料來源:
- 以旋轉多金屬靶材結合脈衝雷射沉積，開發出低成本高熵合金薄膜
- 金沢大ら，レーザーでハイエントロピー合金薄膜形成
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