高熵材料是什麼？清大材料系特聘教授、同時也是高熵中心主任葉均蔚妙喻，讓人一窺堂奧。
「想像一下，以前只是蘋果汁、柳橙汁，但現在你可以自己調配出各種綜合果汁，風味更好，變化更多！」葉均蔚解釋，過去的金屬材料，像是鋁合金就以鋁為主，銅合金就以銅為主，但如今正夯的「高熵」材料，特點就是多元素組成，其中沒有主導元素，打破傳統框框，產生無限可能，配方難以計數。
如此具革命性的研究概念，很快便吸引了國際目光，但是一切努力的背後，藏著更多追求卓越的動心起念。
開路先鋒 打破傳統研究的創舉
一直以來，葉均蔚就想做出與別人不同的研究，但要找到獨家，挑戰無法突破的境界，並不容易達到。「我內心始終懷著一種使命感，想要創新，」當其他人都還有迷思，認為既有規則不容推翻，他反倒認為應該勇於挑戰。
在這樣的想法下，一次他驅車前往台北的路上突然靈光一現，想到可由成分著手，研究顛覆傳統的複合配方，就產生了這樣的點子，當天回到實驗室馬上將想法付諸行動。
「熵」是一種「亂度」（Randomness）的概念，一兩種元素的組合是「低熵」、三四種的組合為「中熵」，至於五種以上的元素組合即是「高熵」合金，特色就是「配方」變化無限，因此引發並成為全球材料科學重要的創新領域。
葉均蔚表示，他特別想突破侷限，解決傳統材料的瓶頸，但是他也坦言，一開始「前衛」的概念並不被看好，愈資深的學者愈反對，不過他立定志向，不為所動，從合金材料的成分進行最根本的改變。
強化產學應用 研究領先全世界
26年來的持續不懈，不僅讓清大工學院與材料科學工程學系揚名全球，也帶動全世界的高熵研究。尤其清大在教育部及科技部補助下於2018年成立全球第一所「高熵材料研發中心」，投入特殊合金、超硬合金及超耐溫複材、耐腐蝕材料、功能性薄膜、功能性陶瓷、生醫材料及相關學理研究，隨後更獲得科技部「價值創造計畫」補助，以所開發的高熵材料技術創立了「高熵材料科技公司」，加速推動高熵材料的產業合作及應用。
清大參與成立的「高熵材料科技公司」在2021年7月正式掛牌，加速推動比傳統合金更高硬度、更耐溫、更耐磨耗與抗腐蝕的高熵材料應用，目前鎖定兩種產學合作模式，一是由「高熵材料科技公司」自行投入製造材料與產品，直接推展到市場，另一則是授權專利技術予廠商進行生產，擴大影響力與應用領域。
葉均蔚舉例，為了做到「無火花」，就不能使用「鋼」來做安全工具，傳統上是使用「鈹銅」合金來做，但因需加入貴且致癌的「鈹」才能達到足夠硬度來做工具，成為長期無法克服的難題。為了解決「鈹」含有致癌毒性的問題，清大高熵研究於是開發出不加「鈹」，但強度如鋼的新式材料，不僅突破傳統瓶頸，也更環保無害。目前正與台灣廠商合作生產不會產生火花的無鈹安全工具，應用於防爆的鐵鎚、板手、套筒等工具，特別適合易爆易燃環安敏感的環境使用。
由此葉均蔚特別期許，「高熵材料研發中心」與「高熵材料科技公司」能在未來帶領清大走向世界，推動開發無鉛、無鉻、無鈹及減碳的各式環保綠色材料，擴大運用於智慧機械、綠能、國防、航太、生醫等產業，帶動產業創新升級，成為清大工學院領先的另一範例。
鎖定環保節能 大力推動產學合作
而清大工學院不僅全力拓展材料科學的創新，也積極佈局環保科技的產學合作。以化工系為例，自2014年起便與長春集團進行產學合作，執行科技部支持的前瞻技術產學合作計畫—「產學大聯盟」，投入化工領域前瞻技術研發，以「淨零碳排」概念，協助減少使用石化能源材料、降低產品碳足跡、減少製程能耗、製造綠色產品，加速提升石化產業國際競爭力。
「產學大聯盟」計畫主持人清大化工系教授鄭西顯便表示，「節能減碳」、「綠色環保」、「減少汙染」、「降低碳足跡」、「減少能耗」一向都是系列產學研發計畫重點，因此「產學大聯盟」第一、二期便將「循環經濟」、「原料再生」、「綠色化工」納為主要研究方向，到了現在執行的第三期，又加入在企業製程協助導入AI人工智慧，讓「淨零碳排」目標更往前大步邁進。
「比方說企業產線常遇到問題，若需重新排程，傳統排程方式變數多，而且耗時，但運用人工智慧就可快速解決問題。也就是說利用AI技術，模擬工廠現在與未來狀況，能夠預測未來每分鐘製程變化；並整合視覺化決策管理與人機介面，提高品質與最大化產能，有效降低能源消耗，減少廢棄物產生。」鄭西顯分析，目前以人工智慧協助全自動生產，已可達到相當於自駕車的Level 4水準（自駕車共分5級，Level 4已可由電腦控制自行上路），尤其對提高效率產生極大助力，目前已達節能效益至少7 ~24%。
由清大化工系產學大聯盟研發的這套人工智慧系統，在虛實整合上產生可觀效益，除對企業具有大幅降低導入成本的誘因，也引領清大工學院師生更深入應用場景。
緊密結合需求 創造研發教學優勢
而「產學大聯盟」不僅可由數字上看到激發出101項關鍵專利申請、培育碩博士研發人才288位、185位學生畢業後服務於相關產學研界的出色成績，其實背後看不到的成效，更是驚人。
鄭西顯便表示，一百多項專利是公開的部分，如同冰山一角，還有部分不公開的獨家技術共享，對企業更具價值，有了這些實際的應用利基，讓清大工學院在推動產學合作案上更如虎添翼。
為了促成更緊密的產學合作，清大工學院不只推動研究與產業需求緊密結合，也更針對趨勢，大力協助企業培養人才。
清大工學院院長賴志煌便舉例，上銀科技便與清大動力機械工程系合作創設聯合研發中心，進行中長期前瞻技術研發。另外清大工學院也與康舒科技、台達電子等頂尖企業合作產業碩士專班，培育高階技術及創新、跨領域人才，提升產業競爭力。
賴志煌分析，過往產碩專班多由科技大學開設，但如今頂尖大學也開始投入，會激發出不同的效果，建立企業、老師與大學間的「三贏」。
合作企業可以先選定主題與屬意授課師資，再公開遴選合適學生進入產碩專班，利用工學院的跨域團隊，延伸更多可能性。而放眼未來，清大工學院的產學合作也將不斷擴展，舉凡電動車、電池儲能、循環經濟、輔具、人工智慧，都會有更多產學合作與對話，藉此延伸更多觸角，發展廣度、深度兼具的整合研究與合作，在躋身全球頂尖工學院的進程中，掌握永續發展的契機。
