纳米科学领域的巨大突破! 美国科学家们首次成功将高达 8 种平常根本不能混合的金属元素结合形成均匀的纳米结构, 称为高熵合金纳米粒子. 这有多厉害? 以前科学家从未成功制造出结合 3 种以上元素的纳米粒子.
过去科学家不太相信可以将多种元素压缩形成单一材料, 要将不同元素混合挤压成单个粒子非常困难, 但来自马里兰大学, 麻省理工学院, 伊利诺伊大学芝加哥分校和约翰·霍普金斯大学的研究人员已经证明, 他们能将多达 8 种不同的金属元素结合形成晶体结构均匀的高熵合金纳米粒子.
你可以想像由不同元素结合形成的纳米粒子就像乐高玩具, 如果你只有 3 种颜色或尺寸的元素, 最后完成的组合与结构也受限于某几种形式. 但由 8 种金属元素制成的纳米粒子就好比将玩具箱扩大好几倍, 你可以在其中自由创造更多元的玩具组合.
而高熵合金 (High-entropy alloys, 缩写 HEA) , 是由 5 种或 5 种以上等量, 大约等量金属形成的合金, 由于可能具备许多理想性质, 故在材料科学工程上受到相当程度的重视. 以往合金中主要的金属成份可能只有 1~ 2 种, 例如以铁为基础, 再加入一些微量元素来提升其特性, 所得就是以铁为主的合金. 高熵合金和一般合金不同, 结合多种金属但不会脆化.
研究由马里兰大学材料科学与工程系助理教授 Liangbing Hu 领导, 他表示, 这种新型高熵纳米粒子应用领域极广, 特别是新兴能源环境技术的催化剂, 以及储能 (电池或超级电容器) , 生物/电浆成像.
高熵合金纳米粒子制造过程采用先瞬间加热, 后瞬间冷却的两步法, 将铂, 钴, 镍, 铜, 铁, 钯, 金, 锡等金属元素暴露于约 3,000℉ (约 1650℃) 温度下 0.055 秒, 让元素均匀混合, 随后瞬间冷却让元素稳定形成独特的纳米材料, 它们彼此相邻, 比如镍原子旁边依序挨着金原子, 铜原子, 铂原子. 这样的物理方法很简单, 只是没有人将之应用于制造纳米粒子.
为了摸索新型纳米粒子的潜在用途, 研究人员将之用作氨氧化 (ammonia oxidation) 反应的先进催化剂, 结果证实它们拥有高效催化剂性能, 氨氧化反应达 100%.
事实上, 这东西太新了, 连研究人员也不确定能运用这种高熵合金纳米粒子的所有领域, 材料科学教科书上最多只讨论由 3 种不同元素构成的合金用途. 论文发表在《科学》期刊.