納米科學領域的巨大突破! 美國科學家們首次成功將高達 8 種平常根本不能混合的金屬元素結合形成均勻的納米結構, 稱為高熵合金納米粒子. 這有多厲害? 以前科學家從未成功製造出結合 3 種以上元素的納米粒子.
過去科學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粒子非常困難, 但來自馬里蘭大學, 麻省理工學院, 伊利諾大學芝加哥分校和約翰·霍普金斯大學的研究人員已經證明, 他們能將多達 8 種不同的金屬元素結合形成晶體結構均勻的高熵合金納米粒子.
你可以想像由不同元素結合形成的納米粒子就像樂高玩具, 如果你只有 3 種顏色或尺寸的元素, 最後完成的組合與結構也受限於某幾種形式. 但由 8 種金屬元素製成的納米粒子就好比將玩具箱擴大好幾倍, 你可以在其中自由創造更多元的玩具組合.
而高熵合金 (High-entropy alloys, 縮寫 HEA) , 是由 5 種或 5 種以上等量, 大約等量金屬形成的合金, 由於可能具備許多理想性質, 故在材料科學工程上受到相當程度的重視. 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, 再加入一些微量元素來提升其特性, 所得就是以鐵為主的合金. 高熵合金和一般合金不同, 結合多種金屬但不會脆化.
研究由馬里蘭大學材料科學與工程系助理教授 Liangbing Hu 領導, 他表示, 這種新型高熵納米粒子應用領域極廣, 特別是新興能源環境技術的催化劑, 以及儲能 (電池或超級電容器) , 生物/電漿成像.
高熵合金納米粒子製造過程採用先瞬間加熱, 後瞬間冷卻的兩步法, 將鉑, 鈷, 鎳, 銅, 鐵, 鈀, 金, 錫等金屬元素暴露於約 3,000℉ (約 1650℃) 溫度下 0.055 秒, 讓元素均勻混合, 隨後瞬間冷卻讓元素穩定形成獨特的納米材料, 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單, 只是沒有人將之應用於製造納米粒子.
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) 反應的先進催化劑, 結果證實它們擁有高效催化劑性能, 氨氧化反應達 100%.
事實上, 這東西太新了, 連研究人員也不確定能運用這種高熵合金納米粒子的所有領域, 材料科學教科書上最多隻討論由 3 種不同元素構成的合金用途. 論文發表在《科學》期刊.