航空发动机的工作表现与温度成正比。随着温度升高，燃料燃烧的效率也越高，这意味着它们可以用同样体积的推进剂飞得更远。但发动机也不宜过热，超过1150摄氏度时，发动机涡轮中的镍基高温合金会开始软化和弯曲，这会迅速引起发动机故障。这一问题的解决办法或许来自一个新的冶金领域——高熵合金（high-entropy alloy）。

传统合金的特点是由一种主要金属混合少量其他金属，而高熵合金通常由五种金属以大致相等的比例混合而成。由此形成的晶体结构赋予了高熵合金诸多理想特性，例如高强度、高韧性和耐腐蚀。

结构材料面临的一个主要挑战是如何创造出能在高温下保持其完整性的物质，比如在航空航天应用中发现的那些，加州大学伯克利分校的材料科学家Robert Ritchie说。Ritchie在隶属于美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室专门研究这类合金的力学行为。他说：“燃气涡轮发动机的整个发展历程基本是由高温材料的不断研发所推动的。”

喷气发动机将燃烧燃料产生的热能转化为推力，发动机热源与机外冷气之间的温差越大，发动机从给定燃料中获得的推力就越大。但是，为了防止发动机部件被高温损坏，发动机会将原本可支持飞行的部分燃料用于压缩空气以便冷却部件，这无疑降低了效率。发动机可以在比现有金属允许的温度高出几百度的环境中运转，只要我们能得到这样的材料，Ritchie说，“我们愿意不惜一切代价让发动机内的温度再提高五度。”

使用晶体中具有强健原子键的合金就有望制造出能够承受更高温度的金属。问题是，虽然通过这种方式能增加材料的强度，其延性却会降低，从而使材料脆化。“因此，如果你把它们用在发动机中，只要卷入一只鸽子，整个发动机就会被破坏。”Ritchie说。而高熵合金有望兼具高强度和高延性。

高熵合金这个名称来源于其主要元素混合时出现的内部高度无序的状态。一般情况下，混合制备多种金属时，焓驱使它们形成又硬又脆的金属间化合物。通过提高元素的相对比例并引入更多的内熵，形成化合物所需的能量更低，使产生的合金具有更好的物理性能，而没有传统混合物的缺点。

高熵合金可能还有其他理想特性。麻省理工学院的冶金学家Cem Tasan对于抗氢脆的材料特别感兴趣。氢原子很小，很容易就能穿透许多延性材料，使其易于断裂。Tasan说：“我们在（高熵）合金中看到的一些微观结构机制对于抗氢脆性可能特别有效。”

研究人员或许还能发现具有磁性或优异耐蚀性等特性的新材料。最近，东京都立大学的一个团队创造了一种钴、镍、铜、铑、铱和锆^[3]的合金，这种合金在8开尔文的温度下具有超导性。虽然这个温度极低，但已经比许多其他超导材料所需的温度要高了。

有朝一日，高温超导体有望实现电力的低损耗传输，或是制造出足够强大的、可用于悬浮列车的磁铁——类似于目前依赖传统低温超导体的磁铁。其他一些研究人员在探索多元合金，力求制造出更便宜、更高效的催化剂，来改善化学反应。

开发高熵合金仍是一项挑战。研究人员可以通过热力学模型计算来预测一些有用的材料成分，但在细微之处这些模型可能会有疏漏。Ritchie指出，如果用这种方法我们可能就不会发现钢，因为形成钢不仅需要混合铁和碳，还需要适当的高温和压力。

开发高熵合金的另一种方法是合金快速成型，也就是在铸造材料时，让元素的浓度从一端变化到另一端，在此过程中对不同的样品进行测试。不过，这只能提供有限的样品，而且会很昂贵。研究人员还可以从哪些晶体结构对应哪些特定性能的知识入手，通过调整结构来提升性能。

这个领域正在迅速发展，而研究人员预计这势头还将继续保持下去。“毫不夸张地说，该领域每个月发表的论文不下数百篇，”Tasan表示，“许许多多的工程应用都在等待新材料的出现。”