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纳米科学突破!科学家首将 8 种元素合成高熵合金纳米粒子
李明 2018-04-01
导语

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。

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。论文发布在《科学》期刊。

文章链接:

Yonggang Yao, et al, "Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles," Science  30 Mar 2018: Vol. 359, Issue 6383, pp. 1489-1494, DOI: 10.1126/science.aan5412

(本文来源微信公众号:TechNews科技新报

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  • 纳米粒子
  • 合金
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文章评论(3)
王强[西北工业大学]

材料科学教科书需要更新了

17天前 | 回复
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

这东西太新了

17天前 | 回复
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

胡是斯坦福崔毅的学生,都是大牛

18天前 | 回复
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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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