高熵合金因具备优异的机械强度、耐热与耐腐蚀特性，一直被视为新一代材料开发的重要方向。
然而，当研究者试图将这些卓越特性以薄膜形式导入电子、能源或耐磨相关应用时，却经常受限于高昂的制备成本与复杂的技术门槛。
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。
目录
高熵合金的潜力与挑战
高熵合金是一种由五种以上元素近似等比例混合而成的新型材料，其结构与性质颠覆传统合金设计概念。特别是在高强度、耐热性与耐腐蚀性方面，展现令人注目的优势。如果能以薄膜形态呈现，相关材料将有机会被应用于电子元件保护层、耐磨表面、能源装置以及极端环境的工程元件。然而，实现均匀混合的多元素薄膜需要多靶材同步控制，且需使用昂贵的高熵合金靶材，制程复杂且成本高昂，限制了技术落地与产业规模化。
由旋转靶材与脉冲雷射开启的新策略
研究团队的创新点在于结合脉冲雷射沉积法(PLD)与新设计的旋转式靶材结构。与其使用单一合金靶材，他们将构成典型高熵合金「坎特合金」的五种纯金属──铬、锰、铁、钴、镍──制成扇形薄片，排列成圆盘状靶材。当靶材在旋转状态下接受雷射照射时，不同金属原子被击出并同时传输至基板表面，使得复杂元素得以自然混合并形成高熵合金薄膜。这种设计让单一靶材即可完成过去需多靶控制的步骤，降低设备成本，也让调整配方变得更灵活。
薄膜形成不只是覆盖，更是深入植入
实验结果显示，该技术已成功在玻璃、铝与钢铁等不同材质的基板上形成厚度数百奈米的高熵合金薄膜。透过断面观察可进一步发现，薄膜并非仅附着于表层，而是经由「原子植入效应」进入基板内部，形成与材料结合更紧密的结构。这种雷射加速原子造成的植入行为，不仅提升薄膜附着力，也让功能层具备更高耐用性与稳定性。
控制薄膜结构的精准调节能力
沉积过程中，研究团队发现改变成膜腔内的气体压力有助于调整原子的动能，并进而控制薄膜的深度与厚度。这项特性代表未来可依应用需求进行精准调制，例如提高耐磨层厚度、增加热扩散能力或提升保护层韧性。在材料表面工程中，这种高度可控性往往意味着更广泛的实际价值与产业潜力。
客制化材料设计的广阔前景
此项技术最大的吸引力，在于能以低成本、低复杂度制备具有高附着性与高性能的功能薄膜，且不受基板材料限制。无论是金属、陶瓷或玻璃，都可透过简化的成膜流程完成表面改质。更重要的是，只需调整靶材的金属种类与排列方式，就能创造具备不同性质的客制化高熵合金薄膜，使应用弹性大幅提升。
结论
金泽大学与相关合作团队提出的新技术，为高熵合金薄膜的制备提供了更具成本效率与可行性的方向，使高性能材料的应用不再受限于昂贵的制程条件。当技术逐步完善并扩展至更多金属组合时，未来在电子封装、防护镀膜、热管理与能源领域，都有望看到这项创新技术带来的具体成果。这不仅是材料科学的突破，更可能是产业应用新一波演化的起点。
资料来源:
- 以旋转多金属靶材结合脉冲雷射沉积，开发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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