近日，材料科学与工程学院王福会教授团队徐大可教授课题组在兼具抗微生物污损与耐腐蚀性能的高熵合金设计方面取得创新性成果，相关研究以“Al/Cu Enhancement in Marine Anti-Biofouling and Anti-Biocorrosion Performance of High-Entropy Alloys”为题，发表于材料学科国际顶级期刊Advanced Functional Materials。材料学院博士生杨琳琳和周恩泽特聘研究员为共同第一作者，徐大可教授、周恩泽和崔苗苗特聘研究员为共同通讯作者，东北大学为第一完成单位和唯一通讯单位。
海洋工程材料长期面临微生物腐蚀和生物污损的双重挑战，这些由生物被膜引发的问题严重威胁材料的服役安全。现有抗菌合金多依赖铜、银等抗菌元素，但往往以牺牲材料力学性能和耐蚀性为代价。针对这一技术瓶颈，研究团队创新设计一系列Al含量可调的AlxCoCrCuFeNi高熵合金体系，通过元素成分的精准调控实现材料性能的突破。
图 基于Al/Cu元素协同调控抗生物污损与耐微生物腐蚀的高熵合金
研究发现，当Al含量为0.3时（Al0.3CoCrCuFeNi），合金展现出卓越的综合性能，其屈服强度（360 MPa）为316L不锈钢（170 MPa）的2倍以上，对铜绿假单胞菌生物被膜的抑制率达94.1%，耐微生物腐蚀能力（极化电阻值）较无铝高熵合金提升近20倍；Al与Cu的协同作用形成独特微观结构：Cu富集于晶界区域持续释放抗菌离子，通过破坏细胞膜、诱导细胞内活性氧聚集，有效抑制细菌与藻类的黏附与生长，而Al元素则通过调控Cu相电位差抑制微电偶腐蚀，防止Cu相的过度溶解，二者协同保障长期稳定的防污性能；同时，Al的引入促进表面钝化膜中Al2O3与Cr2O3的均匀分布，显著提升材料耐蚀性。该研究不仅揭示了Al/Cu协同作用机制，更为海洋防护材料设计提供了新范式。通过高熵合金的多主元协同设计，可同时实现力学性能、抗菌性和耐蚀性的最优平衡。研究成果对开发适用于严苛海洋环境的新型工程材料具有重要指导意义。
该研究工作获得国家杰出青年科学基金、中国科协青年人才托举工程、国家自然科学基金及中国博士后科学基金等项目资助。
