火花混合以形成多功能合金纳米颗粒
应用物理
2019-10-16 v2 材料科学
化学物理
摘要
由于动力学与热力学之间无缝的相互作用，合成非传统合金仍然具有挑战性。例如，高熵合金（HEAs）提出了一种全新概念，以探索相图中未知区域。然而，这种探索受限于基于液-固相变的传冶金学。在压力-温度相图上允许的汽-固相变，为形成任何所需合金（如 HEA）提供了动力学上最有效的途径。在此，我们报道一种称为“火花混合”的技术，其涉及快速淬火的蒸气源，并诱导 55 种不同类型超小纳米颗粒（NPs）不受限制地混合以形成成分可控的合金。与湿化学中的前驱体进料不同，微秒级振荡火花控制蒸气成分，并最终保留在合金 NPs 中。所得 NPs 从二元到 HEAs 不等，且在室温下具有显著热稳定性。我们表明，纳米尺寸效应确保了此种热稳定性，并模拟了 HEAs 中混合熵的作用。这一发现与传统“越小越不稳定”的观点相悖，同时实现了迄今从未合金化的元素组合。我们甚至通过混合块体不互溶体系于合金 NPs 中打破了互溶度极限。作为有力示例，我们展示了合金 NPs 既可用作高性能燃料电池催化剂，也可作为三维（3D）纳米打印的构建块，以构建具有各种架构与成分的 HEA 纳米结构阵列。我们的结果构成了指导 HEA-NP 合成并将催化与 3D 打印推进至新前沿的新规则基础。
引用
@article{arxiv.1909.08147,
title = {Sparking mashups to form multifunctional alloy nanoparticles},
author = {Jicheng Feng and Dong Chen and Peter V. Pikhitsa and Yoon-ho Jung and Jun Yang and Mansoo Choi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.08147},
year = {2019}
}