До початку 2000-х років людство використовувало і вивчало традиційні сплави, основою яких є один, два, рідше три хімічні елементи, а інші компоненти відігравали роль домішок, що покращують властивості матеріалу. Однак, відносно нещодавно (в 2004 році), було запропоновано нову концепцію формування матеріалів, результатом якої стала поява на світ невідомих до цього високоентропійних сплавів. Такі сплави складаються з п‘яти і більше компонент приблизно однакового вмісту. Назва «високоентропійні матеріали» пов’язана з важливою роллю, яку відіграє ентропія в формуванні їх структури. А вже зовсім недавно номенклатура високоентропійних матеріалів суттєво розширилась. Були отримані різні групи багатокомпонентних неметалічних сполук, серед яких оксиди (2015 р.), карбіди (2018 р.), бориди (2016 р.), нітриди (2018 р.) і сульфіди (2018 р.).

Перші дослідження показали, що високоентропійні сплави мають унікальні властивості, які не проявляються в звичайних сплавах. До них відносяться висока міцність/твердість, надзвичайна зносостійкість, виняткова міцність при високих температурах, хороша стійкість до корозії та окислення. Якщо традиційні сплави зберігають кристалічну комірку базового елемента, то високоентропійні сплави утворюють прості, зазвичай кубічні (ГЦК або ОЦК) структури, які можуть не спостерігатись для складових цього сплаву.

Унікальність властивостей високоентропійних матеріалів тісно пов’язана з їх структурою. Оскільки кожна з компонент відрізняється за розмірами, то кристалічна комірка таких матеріалів буде суттєво спотвореною. Приклад такої комірки для високоентропійного сплаву з ОЦК-коміркою загального складу Ti_xCoCrFeNiCu_1-yAl_y показано на рис.1 (в). На цьому рисунку для порівняння зображено таку ж ОЦК-комірку чистого хрому (рис.1, а) та подвійного твердого розчину Cr-V з такою структурою (рис.1, б). Видно, що комірка високоентропійного сплаву суттєво спотворена, і саме це є причиною високих механічних параметрів матеріалу, зокрема, твердості, міцності, тріщиноутворення тощо. Крім цього, такі сплави характеризуються високою корозійної стійкістю і вони придатні для використання в агресивних та окислювальних середовищах. Серед інших властивостей високоентропійних сплавів варто відмітити електроопір. Внаслідок великого спотворення структури сплавів він сягає високих значень і характеризується слабкою зміною з температурою. Ці та інші властивості визначаються також так званим «коктейль-ефектом», коли високоентропійний матеріал набуває властивостей, що не притаманні жодній із компонент з яких він складається.

Рис.1. Схематичне зображення кристалічної структури ОЦК Cr (а), двохкомпонентного твердого розчину Cr–V (б) та багатокомпонентного сплаву Ti_xCoCrFeNiCu_1-yAl_y.

Загалом, властивості високоентропійних матеріалів досліджені порівняно слабко і цей напрям активно розвивається багатьма науковими групами в світі, включаючи кафедру фізики металів. Нами досліджується структура високоентропійних сплавів, їх електричні та магнітні властивості, розробляються методи підвищення «технологічності» зазначених матеріалів. На кафедрі вперше спостерігалась S-подібна аномалія на температурних залежностях електроопору деформованих зразків високоентропійного сплаву CrFeMnCoNi (рис.2), отримано тонкі дроти з цього сплаву, детально досліджено магнітні властивості таких матеріалів. На кафедрі апробовано метод високоенергетичного сплавляння для отримання високоентропійних сплавів, що дало можливість отримання порошків CrFeCoNi та CrFeMnCoNi за малий проміжок розмелювання (від 15 хв) (рис.3), тоді як подібними методами механічного сплавляння порошки отримують при розмелюванні впродовж десятків годин.

Рис.2. Вперше зареєстрована на кафедрі S-подібна аномалія на залежностях R(T) деформованих зразків високоентропійного сплаву  CrFeMnCoNi

Рис.3. Електронно-мікроскопічне зображення порошку високоентропійного сплаву (а) та розподіл в ньому металічних компонентів: (б) – Co, (в) – Cr, (г) – Fe, (д) – Mn, (е) – Ni.

Крім цього, останнім часом докладаються значні зусилля для синтезу  високоентропійних оксидів, дослідження їх структури, магнітних властивостей. Науковці та студенти кафедри здійснюють накопичення експериментальних даних, аналіз та узагальнення результатів, ведуть пошук нових складів мтеріалів.