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【清華人故事館】十年磨一劍——葉均蔚的高熵煉金術

【清華人故事館】十年磨一劍——葉均蔚的高熵煉金術

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座落於材科館五樓的高熵材料研發中心,一踏入辦公室,映入眼簾的是匾額裡張載的橫渠四句「為天地立心,為生民立命,為往聖繼絕學,為萬世開太平。」被譽為高熵合金之父、曾獲《行政院傑出科技貢獻獎》的葉均蔚教授,在這匾額之下,侃侃而談他做為科學家的使命與責任。

專訪:呂明諺主任、林承禾(中文23級)/協訪:楊子欣(外語21級)/撰文:林承禾/校稿:校友中心/圖片提供:葉均蔚校友

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既然台灣栽培了你,學成歸國後當然要對台灣有所貢獻。

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從求學到任教,五十年的清華情

剛進清華念物理的葉均蔚,唸到一半開始思考未來出路,比起去學校任教,他更喜歡研發實用性的東西,幾經思考後決定降轉到材料系。在當時,還是學生的葉均蔚就立下了要貢獻國家的志向,他說:「既然台灣栽培了你,學成歸國後當然要對台灣有所貢獻。」正因如此,畢業後他選擇留在台灣攻讀碩士,長輩又建議要有為人師表的經驗,因此他留在清華材料擔任講師,「本來想說教個一兩年就好,結果一晃眼已經42年了。」葉均蔚笑道。

葉均蔚的學士、碩士和博士學位都在清華取得,談起在學時的回憶,印象最深的是週會時,徐賢修校長振奮人心的演講,給了少年時的他很多啟發。此外,風景優美的成功湖則是他在清華的最喜歡的景點,求學時經常去湖邊散心;成為父親後,成功湖成為他和小女兒就讀光明幼稚園前談心的重要基地;而在清華任教後,也常帶親友去欣賞水天一色的湖景。

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傳統思維只能解決舊的問題,當無法突破瓶頸時,只有從新的思維去思考,才能得到解決方法。

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厚積薄發,讓台灣一躍成為高熵合金領頭羊

現今當紅的「高熵合金」究竟是什麼呢?在過去,合金的製作方式是以單一金屬為主,再加入少量元素來改變、增強金屬原有的性質,添加的金屬種類越多,製作出來的金屬越脆,延展性和硬度越低,應用面受到限縮;然而高熵合金,卻是將4-5種以上的金屬融合在一起,其延展性、耐腐蝕性及硬度反而可比一般合金更勝一籌。葉均蔚的「高熵理論」不只打破了大眾的認知,更替合金創造出無限種可能。在當時,沒有人做這項違反常理的研究,但葉均蔚認為,正是因為沒人做,才更有研究價值,「傳統思維只能解決舊的問題,當無法突破瓶頸時,只有從新的思維去思考,才能得到解決方法。」葉均蔚說道。

早在1995年,葉均蔚就開始進行高熵合金等材料的研究,但他始終三緘其口,直到2004年才公開他的研究成果。細問原因,才發現他早在研究初期就意識到,若是太早發表,其他研究能量更強、發表速度更快的國家,很快就會將台灣創始的地位淹沒掉。「所以我封鎖八年,是為了讓國際知道這項發明來自台灣。」葉均蔚說道,因此他埋首研究整個學理、數據,等待一切都臻至完善,他才願意鬆口。所謂不鳴則已、一鳴驚人,2004年他一口氣發表的五篇論文震驚學界,之後持續有節奏的穩定發表,至今論文已累計180篇以上,更贏得頂尖期刊Nature專題報導,奠定了台灣在高熵合金及材料研究上的發源及領導地位。

即便身為高熵合金之父享譽國際,葉均蔚始終謙虛的認為,自己如今的一切來自於貴人的提點與國家的栽培,「我所受的教育、獲得的資源,都是來自於納稅人的錢,所以我有責任把書教好、研究做好,替台灣做出一份貢獻。」葉均蔚說道。

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▲ 2011年5月,葉均蔚(右一)與陳瑞凱教授受美國空軍實驗室邀請並討論高熵合金合作之情景。

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人生就是這麼奇妙,研究到最後才知道這些都是有關聯的。

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從飛碟夢到高熵合金,再到室溫超導體

大學時期的葉均蔚,對飛碟推進原理有濃厚興趣,但對各種說法都不認同的他,為了實驗經費,大三時兼了三份家教,拿著自己畫的設計圖跑去新竹市找工廠幫忙打造,趁暑假提回鄉下老家做實驗。「大家都覺得飛碟是碟盤形的,但這並不能解釋他的動力來源及位置。」葉均蔚拿起筆,一邊畫一邊解釋,盤緣必定有大電流放電溝槽的設計,說來奇特,當他解開此一秘密一個禮拜後,到台北重慶南路書局街買書,竟心電感應地拿起《星際訪客—飛碟》隨手一翻,赫然發現當中唯一特別清晰的飛碟照片,就和他所想的構造一樣,更加堅定了他的飛碟動力論。

這幾十年來,葉均蔚持續埋首在高熵合金的研究,看似擱置的飛碟夢,卻和高熵合金意外有了交集,「人生就是這麼奇妙,研究到最後才知道這些都是有關聯的。」葉均蔚說道,他開發出耐1600°C的高熵合金,恰好能當作飛碟的放電槽。年少時期的飛碟夢,到現在只剩最後一哩路。「合金的部分已經完成了,就只剩室溫超導體還在突破中。」葉均蔚說。所謂的「超導」是在特定條件下電阻為零的材料,但得處於極低溫的環境下才具有超導特性,因此他用超導體來產生巨大磁場勢必要在室溫具有超導性,才能輕量而不耗能。葉均蔚對飛碟的研究與熱忱並沒有隨著年歲增長而消失,而是一直存在心中,幫助他在學術研究的路上飛得更廣、更遠。

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▲ 2021年12月6日,葉均蔚(第二排左四)獲頒傑出科技貢獻獎,圖為受獎後與行政院沈榮津副院長及家人合影。

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只要在自己的能力所及範圍,就放膽去做。

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眼光放遠、不怕困難

在教學上,葉均蔚說:「以前教同學功課時,我都是很客氣很耐心的教,所以他們很喜歡問我。」這樣的教學作風也延續到清華的課堂上,他力求化繁為簡,以淺顯易懂的方式讓學生能了解複雜的原理與概念,他甚至結合〈The River of No Return大江東去〉、〈Morning Has Broken破曉〉的旋律自創〈高熵材料之歌〉,讓一般大眾也能了解高熵材料與其理論。

畢業前夕,葉均蔚勉勵清華學子,要樂於挑戰,並將眼光放遠看清大局、釐清目標,務實前進,就會心想事成。「只要在自己的能力所及範圍,就放膽去做。」葉均蔚笑道。

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▲ 葉均蔚(左七)與團隊在合金鋼工廠熔煉高熵合金後的合影。


葉均蔚校友簡介

國立清華大學材料系畢業(1976學士、1980碩士、1986博士)。曾獲2015年材料科學學會會士、2016年科技部傑出研究獎、2020年榮獲「第二十七屆東元獎」、2021年榮獲行政院傑出科技貢獻獎,現為國立清華大學材料科學工程學系教授(1994~)、高熵材料研發中心主任(2018~)。

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