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

【Technews科技新报】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分可能只有 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。

（Source：马里兰大学）

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。

（首图仅为概念图，来源：pixabay）