超越合金極限的新興領域：高熵合金

引言：高熵合金被譽為21世紀最熱門的合金材質，該技術從2015年後正快速興起。熵(entropy)是反映系統混亂程度的參數，也反映空間排列佔位的隨機性或確定性。傳統合金材料一般只有1~2種主元素，而高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）有5種(含)以上元素組成之合金，而愈多種元素混合，亂度越大，熵也就越大。其特殊性突破了傳統材料特性極限，具有高硬度、耐高溫、耐磨、抗腐蝕、抗沾黏、無毒性等優異的性能，展示出廣泛的應用潛力，如從航空航天到能源、電子和生物醫學等多領域。

博大國際視野：新興材料 / 高熵合金

台灣在高熵合金技術的發展中扮演了重要角色，2004年清華大學的葉均蔚教授首次發表混合5、6種以上等比例金屬，並得到性能優秀的合金，自此開創了全新的材料研究及應用領域；因此葉均蔚教授被譽為「高熵合金之父」(報導來源：葉均蔚教授開創「金屬調合學」新領域)

延伸報導：「高熵合金之父」葉均蔚榮登當今台灣科學界影響力第一人 (2024/01/25)

高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）需具有5種(含)以上元素組成之合金，每個元素的比例在 5 ~ 35%之間，次要元素則小於5%。高熵合金相較於傳統合金具備四大核心效應：(1)高熵效應、(2)嚴重晶格扭曲效應、(3)延遲擴散效應及(4)雞尾酒效應，而產生出優異的金屬合金性能。高熵合金的應用潛力無窮，台灣累積超過25年的高熵合金研究經驗，更是國際高熵材料學術研究的重鎮，吸引了中國、歐洲、美國等地研究機構的資金投入。近年來，台灣的多所大學和研究機構在國科會的支持下，積極投入高熵合金的研發，並取得了顯著成果。

延伸報導：台灣「高熵合金」材料引領全球國科會補助跨校團隊成果發表 (2022/11/30)

壹、全球高熵合金專利歷年申請趨勢：

高熵合金的專利最早在1998年台灣申請，直到2016年受到《Nature》的專題報導後，全球相關專利的申請量每年持續增加。在2018年台灣成立全世界第一個「高熵材料研發中心」，集結來至清華、台灣、交通、中興、逢甲及明志科技大學共30位教授，執行高熵材料的開發研究計畫，涵蓋特殊合金、超硬合金及超耐溫複材、耐腐蝕材料、功能性薄膜、功能性陶瓷、生醫材料及相關學理的研究。

※ 高熵材料基礎與應用研究計劃 (2024/04/25國科會)

貳、各國在高熵合金專利申請趨勢：

近十年各國在高熵合金的研究皆呈現快速成長趨勢，其中以中國成長最快。全球申請高熵合金專利的國家排名，同樣以中國(4874件)最多，其次是美國(275件)、韓國(229件)、歐盟(104件)、日本(94件)及台灣(58件)。目前MS&T, TMS, MRS等大型年會都已舉辦高熵合金獨立的研討會，顯示高熵材料已成為一重要獨立學門。2016年我國主辦了首屆國際高熵材料研討會(International Conference on High-Entropy Materials, ICHEM 2016)，其他各國相關研究如下(THE M.H. TSAI GROUP)：。

l 美國：自2011年開始補助高熵合金的研究，其中NSF更補助了美國-澳洲的跨國大型計畫要進行輕量高熵合金的研究。

l 德國：自2016年起在六年內投入十幾億台幣加碼高熵合金研究。像是卡爾斯魯厄理工學院 (KIT) 的INNUMAT項目專注於開發用於核能和聚變反應堆的創新結構材料，包括高熵合金的研究 (相關報導OECD-NEA Nuclear Science Report)。

l 中國：中國國家自然科學基金委員會設立了高熵合金重點項目，為相關研究提供大量資金支持。有超過30個單位在研究高熵合金，是目前高熵合金研究大國之一。

l 日本：在2018年通過五年、含二十餘個子計畫之大型專案計畫，投入高熵相關的研究。

l 韓國：韓國科學技術院(KAIST)成立了高熵合金研究中心。

參、各國專利權人(學研/企業)專利排名：

檢視各國的專利權人，從表中可以發現：韓國的學研單位首爾國立大學、浦項科技大學，相當積極布局國外的專利(大約有40%的專利會申請國外)，在表中韓國的學研單位在日本、美國專利申請數量排名很高。另外值得一提的是，中國雖然近十年專利申請成長數度相當快，申請相當多專利，但非常多的專利申請是來自於中國國內各地大學，而往國外申請專利的並不多；中國申請的專利中大約只有3.5%的專利會跨國申請布局美國、歐盟專利。

企業在高熵合金的專利布局情形，從專利申請量的排名中較值得注意的四家公司：瑞士OC Oerlikon在美國、日本、韓國及歐盟的專利量排名很高；日本Proterial及美國RTX雷神科技公司在歐、美的專利布局也值得關注，以及法國SEB集團在中國的專利布局。

相關報導：

² Oerlikon推出新型高熵合金以取代超級雙相不鏽鋼 (2021/11/18)。Oerlikon推出一種新的高熵合金，旨在取代超級雙相不銹鋼 (Super Duplex Stainless Steels, DSS)。這種新合金具有納米級雙相微觀結構，設計用於增材製造結構部件，如離心泵葉輪。

² RTX的未來技術實驗室 (2024/02/01)。RTX的技術研究中心正在利用人工智能和機器學習來開發新的高熵合金。這些合金旨在使飛機更輕，或使引擎在更高溫度下運行，從而幫助航空航天行業減少碳排放。