納米科學(xué)突破！科學(xué)家首將8種元素合成高熵合金納米粒子

納米科學(xué)領(lǐng)域的巨大突破！美國(guó)科學(xué)家們首次成功將高達(dá)8種平常根本不能混合的金屬元素結(jié)合形成均勻的納米結(jié)構(gòu)，稱為高熵合金納米粒子。這有多厲害？以前科學(xué)家從未成功制造出結(jié)合3種以上元素的納米粒子。

過(guò)去科學(xué)家不太相信可以將多種元素壓縮形成單一材料，要將不同元素混合擠壓成單個(gè)粒子非常困難，但來(lái)自馬里蘭大學(xué)、麻省理工學(xué)院、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校和約翰·霍普金斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，他們能將多達(dá)8種不同的金屬元素結(jié)合形成晶體結(jié)構(gòu)均勻的高熵合金納米粒子。

你可以想像由不同元素結(jié)合形成的納米粒子就像樂(lè)高玩具，如果你只有3種顏色或尺寸的元素，最后完成的組合與結(jié)構(gòu)也受限于某幾種形式。但由8種金屬元素制成的納米粒子就好比將玩具箱擴(kuò)大好幾倍，你可以在其中自由創(chuàng)造更多元的玩具組合。

而高熵合金（High－entropyalloys，縮寫(xiě)HEA），是由5種或5種以上等量、大約等量金屬形成的合金，由于可能具備許多理想性質(zhì)，故在材料科學(xué)工程上受到相當(dāng)程度的重視。以往合金中主要的金屬成份可能只有1～2種，例如以鐵為基礎(chǔ)，再加入一些微量元素來(lái)提升其特性，所得就是以鐵為主的合金。高熵合金和一般合金不同，結(jié)合多種金屬但不會(huì)脆化。

研究由馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授LiangbingHu領(lǐng)導(dǎo)，他表示，這種新型高熵納米粒子應(yīng)用領(lǐng)域極廣，特別是新興能源環(huán)境技術(shù)的催化劑，以及儲(chǔ)能（電池或超級(jí)電容器）、生物／電漿成像。

高熵合金納米粒子制造過(guò)程采用先瞬間加熱、后瞬間冷卻的兩步法，將鉑、鈷、鎳、銅、鐵、鈀、金、錫等金屬元素暴露于約3，000℉（約1650℃）溫度下0．055秒，讓元素均勻混合，隨后瞬間冷卻讓元素穩(wěn)定形成獨(dú)特的納米材料，它們彼此相鄰，比如鎳原子旁邊依序挨著金原子、銅原子、鉑原子。這樣的物理方法很簡(jiǎn)單，只是沒(méi)有人將之應(yīng)用于制造納米粒子。

▲（Source馬里蘭大學(xué)）

為了摸索新型納米粒子的潛在用途，研究人員將之用作氨氧化（ammonia oxidation）反應(yīng)的先進(jìn)催化劑，結(jié)果證實(shí)它們擁有高效催化劑性能，氨氧化反應(yīng)達(dá) 100％。

事實(shí)上，這東西太新了，連研究人員也不確定能運(yùn)用這種高熵合金納米粒子的所有領(lǐng)域，材料科學(xué)教科書(shū)上最多只討論由3種不同元素構(gòu)成的合金用途。

來(lái)源科技新報(bào)

作者Emma Lin