综述：高能量高熵合金的动态力学行为与能量释放机制

《Materials Letters》：Dynamic mechanical behaviors and energy release mechanisms of energetic high-entropy alloys

高熵高能合金（EHEAs）通过结合高机械性能与高能量释放特性，展现出比传统高能材料更优的应用潜力。本文系统综述了EHEAs的动态变形机制，包括位错滑移、相变、绝热剪切带形成等，并分析了其对能量释放的影响。研究指出，添加轻元素（如Al）和过渡金属（如Cu、Ni）可优化合金性能，但需解决成分设计、原位反应表征及碎片化燃烧耦合建模等挑战。未来需结合机器学习探索成分设计，并发展原位表征技术。

　　高熵合金（HEAs）是一种由五种或更多主元素组成的合金材料，具有优异的机械性能和良好的功能特性。近年来，研究者们发现，通过引入具有能量释放能力的元素，可以开发出一种新型的高熵合金，称为“能量型高熵合金”（EHEAs）。这类材料不仅具备传统高熵合金的高机械强度，还能在动态载荷下释放大量能量，展现出广泛的应用前景。EHEAs的动态机械行为和碎片诱导的能量释放机制成为当前研究的重点，其性能受到成分和微观结构的显著影响。

EHEAs的动态行为主要包括几种不同的机制，如位错运动、绝热剪切、相变和孪生。这些机制与材料的成分和微观结构密切相关。位错运动是动态变形的主导机制之一，它涉及材料内部原子间的滑移和重组。而绝热剪切则是在动态加载下，由于局部温度升高导致的剪切带形成，这种现象通常伴随着材料的软化甚至剪切失效。相变和孪生则是在特定条件下，如温度变化或应变率变化时，材料内部结构发生转变，从而影响其力学性能和能量释放能力。

为了提升EHEAs的性能，研究者们探索了多种策略，包括纳米析出工程和应力诱导相变。这些策略能够有效抑制不利的绝热剪切带形成，同时增强材料的应变硬化能力。纳米析出工程通过引入纳米级的析出相，提高了材料的强度和塑性协同效应，使其在高应变率下表现出更好的性能。而应力诱导相变则是在高应变率条件下，通过材料内部的结构变化，提高其抗剪切能力，从而增强能量释放效果。

在EHEAs的分类上，研究者通常将其分为三类：基于难熔元素的EHEAs、基于难熔-轻质元素的EHEAs以及基于难熔-后过渡元素的EHEAs。每一类材料的性能和能量释放能力都有所不同，这与它们的成分和微观结构有关。例如，基于难熔元素的EHEAs通常表现出较高的强度和良好的高温性能，而基于难熔-轻质元素的EHEAs则具有更高的能量释放能力，这得益于轻质元素（如铝）的高燃烧热和良好的氧化反应特性。

动态变形机制是EHEAs性能的关键因素之一。研究表明，应变率对材料的强度和塑性有显著影响。例如，在高应变率下，EHEAs的强度会显著增加，这种现象通常归因于位错运动和热激活效应。此外，绝热剪切在高应变率条件下会更加明显，导致材料的局部软化和断裂。然而，一些EHEAs表现出对绝热剪切的抗性，这可能是由于其独特的微观结构，如纳米析出相和多相共存，能够有效抑制剪切带的形成。

在能量释放机制方面，EHEAs在动态加载下会发生碎片化，这一过程伴随着局部温度升高和氧化反应。碎片化诱导的能量释放是EHEAs性能的重要组成部分，其释放能力与碎片的尺寸和形状密切相关。研究表明，较小的碎片尺寸通常对应更高的能量释放效率，这可能是因为较小的碎片在断裂过程中能够产生更多的反应界面和更充分的氧化反应。

为了更好地理解和预测EHEAs的动态行为，研究者们开发了多种本构模型，如Johnson-Cook模型和Zerilli-Armstrong模型。这些模型能够描述材料在不同应变率和温度下的塑性流动特性。此外，基于实验数据的修正模型，如引入热激活效应和剪切效应的模型，能够更准确地模拟EHEAs的动态响应。

能量释放的理论模型和实验方法也在不断发展。例如，Ren等提出了一种将碎片化过程和燃烧过程结合的模型，能够模拟能量释放过程中的热力学变化。此外，数字图像技术也被用于能量释放特性的表征，如通过高速摄影和图像分析来评估反应的强度和持续时间。

尽管EHEAs的研究已经取得显著进展，但仍存在许多挑战和未解的问题。例如，如何设计和优化EHEAs的成分和微观结构以实现更高的能量释放和更好的机械性能，以及如何发展原位表征技术以更准确地了解反应过程和产物。此外，建立完整的能量释放模型，包括碎片化过程和后续燃烧过程，也是未来研究的重要方向。

总之，EHEAs在结构和能量释放方面展现出独特的性能，其研究涉及多个学科领域，包括材料科学、热力学和化学。通过深入研究其动态变形机制和能量释放特性，可以为未来开发高性能的结构材料提供重要的理论基础和实验指导。