Разработаны наночастицы из восьми ранее не смешивающихся элементов

Исследователи из Мэрилендского университета разработали новую технологию создания наноматериалов. Методика позволяет собирать наноразмерные частицы, которые состоят из восьми различных элементов, ранее принципиально не смешивающихся друг с другом. Синтез наносплавов с высокой энтропией значительно расширяет возможности получения полезных материалов.

Традиционно для синтеза подобных наночастиц применяют химические методы, что дает возможность комбинировать лишь до трех элементов, которые не смешиваются равномерно.

Новый же метод — физический. Лянбин Ху, один из авторов разработки, поясняет: «Представьте себе элементы, которые, чтобы сделать наночастицы, объединяют как строительные блоки Lego. Если у вас есть только один-три цвета и размера, то вы ограничены в комбинациях. <…> Теперь мы можем создавать наноматериалы практически с любыми металлическими и полупроводниковыми элементами».

Новый метод в теории очень прост. Для образования наночастиц сплава с высокой энтропией применяют двустадийный процесс. На первом этапе используется карботермический шоковый синтез: очень быстрое нагревание заготовки, приблизительно до 1650°C за 55 миллисекунд. Сразу же переходят ко второй стадии — не менее быстрой заморозке. Скорость снижения температуры составляет более 55 000°C в секунду, как с юмором написали в статье исследователи. Конечно, этот процесс длится также миллисекунды.

В результате металлы (испытывали платину, никель, железо, кобальт, золото, медь) равномерно смешиваются с другими элементами: для разделения на фракции не хватает времени, а после охлаждения материал получается стабильным.

В качестве наглядного примера пользы метода ученые синтезировали катализатор окисления аммиака, первой стадии синтеза широко применяемой азотной кислоты. Полученный наноматериал не только обеспечивает практически стопроцентный выход реакции, но и обладает 99%-ной селективностью.  

Помимо получения эффективных катализаторов, использование подобных материалов очень перспективно для разработки новых видов накопителей энергии, различных датчиков — это можно сказать сразу. Но реальные возможности гораздо шире — например, для производства гибких экранов.