高熵合金纳米颗粒的最新研究成果-福州及锋电子科技有限公司
当前位置： >
高熵合金纳米颗粒的最新研究成果
美东时间3月29日下午，美国Science杂志刊登题为Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles的封面文章，报道马里兰大学胡良兵教授、麻省理工学院李巨教授、和约翰霍普金斯大学王超教授关于高熵合金纳米颗粒的最新研究成果。Science同期刊登印第安纳大学Sara Skrabalak教授撰写的评述，Mashing up metals with carbothermal shock，对这一工作做出高度评价。
胡良兵教授及其合作者近年来在纤维素机械性能研究领域取得了一系列开创性的成果。在2015年，他们在PNAS上报道了一种制备同时具有高强度和高韧性的纤维素纳米纸。而一个月前，他们又在Nature在线发表关于超级木头的最新发现，通过一种简单有效的方法，把原生木材直接处理成为一种超强超韧的高性能结构材料。在过去7年，胡良兵团队一直致力于纤维素科技的研发，发明了一系列围绕纳米纤维素和木头的高科技，包括超透明纸，海水淡化木头，透明木头，超白木头，催化木头，和最近的超级木头。这一系列的技术正通过Inventwood LLC 公司产业化，胡良兵教授也因此被学界称为木头大王。而今天这个成果，也是通过碳化纤维载体实现的，真是将木头玩出化境。
多元金属纳米颗粒在催化、储能、和影像等诸多领域具有广泛的应用前景，但传统湿法合成很难得到三元以上的金属纳米颗粒。熔炼法可以得到五元以上机械性能优异的块体高熵合金，但却非常难以纳米化。胡良兵及其合作者发展了全新的两步碳热冲击法(carbonthermal shock, CTS)，可以得到八元高熵合金纳米颗粒，且具备优异的催化性能，在很大程度上解决了这一问题。
图一 A: 热冲击前后的碳纤维及其表面颗粒；B：热冲击示意及流程；C: 颗粒电镜照片和元素分布；D:八元高熵合金纳米颗粒元素分布。
CTS方法如图一所示：首先将金属前驱体盐附着于氧化碳纤维之上，再经过55毫秒、速率高达每秒10万度的快速加热至2000K再冷却，得到尺寸与分布均匀的高熵合金纳米颗粒，成分最多可以达到8种元素。
高熵合金指五种以上成分均一的合金，具有优异的机械性能，经新竹清华大学叶均蔚教授的开创性工作，成为当前材料科学研究的一大热点。如图二所示，因热力学驱动，不同元素在传统工艺下通常会形成相分离结构，熵值比较低。而高熵合金中不同元素均匀分布，不存在相分离，因此熵值较高，也带来新颖性能。今天，胡良兵教授等运用CTS法，突破热力学限制，成功制备了从一元到八元的一系列高熵合金纳米颗粒，而且在室温下保持11个月，结构稳定。
图二A: 传统的相分离结构与高熵合金示意图；B: 一元、二元、三元纳米颗粒元素分布；C: 五元、六元、七元纳米颗粒元素分布；D: 八元纳米颗粒元素分布及其面心立方晶体结构。
研究人员推测，CTS下高熵合金纳米颗粒形成机理与常规不同，取决于碳纤维表面缺陷和金属催化活性。如图三所示，他们发现，纤维碳化温度越低，表面缺陷和氧残存越高，则纳米颗粒尺寸越小、越均一。而金属催化活性越高，纳米颗粒尺度也越小、越均一。因此他们提出如图三C所示的机理示意图，液态金属颗粒寻找表面缺陷而分离，进而融合。颗粒尺度大小和分布因此受表面缺陷态所决定。
图三A: 不同碳化温度下纤维载体所得到的纳米颗粒；B: 不同催化性能金属纳米颗粒；C: 催化驱动纳米颗粒分离及融合机理示意；D: 增加碳纤维表面缺陷及金属催化活性可提高纳米颗粒尺寸均一。
基于这一机理，胡良兵及其合作者通过调控热冲击时间与速率，实现对纳米颗粒尺寸、成分、和结构的调控。如图四所示，热冲击时间越短、纳米颗粒尺度越小、越均一。而当冷却速率较低时，则会形成相分离结构。由此他们构造了如图四E所示结构相图。
图四A：不同热冲击时间纳米颗粒；B: 不同热冲击时间的纳米颗粒尺寸分布；CD: 不同冷却速率所造成的不同纳米颗粒结构；E：纳米颗粒结构相图。
高熵合金纳米颗粒具有一系列的应用前景。作为示例，研究团队将五元高熵合金纳米颗粒用于催化，如图五所示，显示其出优异性能。
图五A: 高熵合金纳米颗粒及相分离纳米颗粒催化示意和性能比较；BC: 五元合金纳米颗粒催化性能比较；D: 五元高熵合金纳米颗粒元素分布；E: 五元高熵合金纳米颗粒催化性能。
Sara Skrabalak教授撰写评述称：
High-entropy alloys usually have a minimum of five elements in nearly equal proportions. Synthesis of these compositions is challenging and not typically compatible with methods that yield well-defined nanoparticles. Such integration would enable the nanoscale properties of these complex compositions to be studied and potentially leveraged in diverse applications.
胡良兵教授2002年从中国科大毕业，在UCLA获得博士学位，曾师从斯坦福大学崔屹教授从事博士后研究，现为马里兰大学副教授。
上一篇： 下一篇：没有了
友情链接：和“高熵合金”相关的论文
采用射频磁控溅射技术在S304不锈钢和纯Cu基体上成功制备出了（AlCrMoNiTi）Nx和（AlCrMoZrTi）Nx高熵合金氮化物薄膜,采用微磨损试验机对两种薄膜的摩擦特性进行了研究。结果表明,（AlCrMoZrTi）Nx薄膜在S304不锈钢和纯Cu衬底上的最小摩擦因数分别为0.182和0.127,最高耐磨寿命为1 200s。在两种衬底上,（AlCrMoZrTi）Nx薄膜的摩擦性能均优于（AlCrMoNiTi）Nx薄膜,其原因主要在于薄膜中Zr的固溶强化效果高于Ni,因而薄膜的摩擦性能得到增强。两种薄膜在S304不锈钢和Cu衬底上的磨损机制主要为磨粒磨损。
采用电弧熔炼工艺制备了CrxCuFe2Mo0.5Nb0.5Ni2（x=0,0.5,1.0,2.0,摩尔比）高熵合金,采用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）和显微硬度计对合金的物相结构、微观组织形貌、元素分布和硬度进行了分析。结果表明,合金物相主要由面心立方固溶体相（FCC）、体心立方固溶体相（BCC）和密排六方固溶体相（HCP）组成。Cr含量的增加,有利于BCC相的形成。合金组织主要呈树枝晶和枝晶间结构组成。合金中Nb、Mo和Cu元素分别偏聚于枝晶和枝晶间区域,Fe、Cr和Ni元素的分布相对均匀。合金硬度随Cr含量的增加而逐渐增加,但增幅较小。
采用非自耗真空电弧熔炼炉制备了CuxCrFeNiAl（x=0、0.2、0.5、1.0、2.0）高熵合金,时效工艺为600℃×12h。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和数显硬度仪对高熵合金的微观组织和硬度进行了分析。结果表明,Cu含量较低时（x≤0.5）,CuxCrFeNiAl的组织主要由BCC相、FCC相和α-NiAl相组成;Cu含量较高时（x≥1.0）,CuxCrFeNiAl的组织主要由含Cr、Fe、Ni的FCC1相、含Cu、Ni的FCC2相和α-NiAl相组成。硬度测试表明,含有BCC相的CrFeNiAl合金硬度（HV）最高,约为641,而由FCC相组成的Cu2CrFeNiAl合金的硬度（HV）最低,约为375。时效处理后合金的物相未发生明显改变,但合金组织更加均匀,并在枝晶间区域有纳米颗粒析出,因而合金硬度与铸态相比略有提高。
采用真空电弧熔炼法制备了CoCrFeNiVx高熵合金（x为V与Co的摩尔比）,通过金相观察、X射线衍射、扫描电镜、显微硬度检测和压缩试验等研究了V含量对合金组织及力学性能的影响。结果表明,当x≤0.5时,合金为单一的FCC晶体结构,组织为典型的树枝晶;随着x的增大,合金组织由树枝状向颗粒状转变,并在晶界形成了Co1.9V3.1的金属间化合物。当x≥1时,合金的晶体结构转变为由FCC、BCC和金属间化合物组成的混合结构;CoCrFeNiVx高熵合金的硬度随x的增加而增大,同时塑性降低、脆性增大。
采用粉末冶金工艺制备了AlCrMoTiNi和AlCrMoTiZr两种合金,采用X射线衍射仪、扫描电镜和数显硬度计对铸态和退火态合金的组织与硬度进行了分析。结果表明,AlCrMoTiNi合金由FCC和BCC固溶体组成,而AlCrMoTiZr合金由BCC相和金属间化合物组成,两种合金经700~1 000℃退火后,其物相和组织结构并未发生明显改变。AlCrMoTiNi和AlCrMoTiZr铸态合金的硬度（HV）分别为447和623,退火后最高硬度（HV）分别达到615和656。
采用铝热法分别在铜底材和玻璃底材上制备了CrCuFeMnSiAlx（x=0.75、1.0、1.5）高熵合金,采用XRD、SEM、EDS和硬度测试等方法研究了不同底材对合金的组成相和硬度的影响。结果表明,利用铝热法能成功制备出高熵合金,且所得合金的主相为BCC固溶体,并含有少量的简单立方结构。与铜底材相比,玻璃底材上制备的合金结晶度更好且成分更接近等摩尔比;粉碎后的合金粉末形貌呈不规则的多面体结构。同时,玻璃底材上的粉末平均粒径大于铜底材上的;玻璃底材上的合金的硬度（HV）在x=1时达最大值590。
设计并制备了AlxCoCuFeNi系列高熵合金,系统研究了合金的组织结构及力学性能。结果表明,当x〈0.85时,合金为单一的FCC晶体结构;随Al含量的增加,合金的晶体结构转变为以BCC为主及少量FCC的混合结构;当x〉2.35时,合金形成了单一的BCC结构。Cu促进合金形成FCC结构,而Cr则利于形成BCC结构,然而,当合金体系中同时含有等摩尔比的Cu、Cr两组元时,Cu对合金结构的影响远大于Cr,从而使合金易于形成FCC结构。AlxCoCuFeNi高熵合金的组织形貌随Al含量的增加,由树枝晶形貌向等轴晶转变,合金的硬度也显著增加。
采用真空电弧熔炼工艺制备了CrxCuFe2Mo0.5Nb0.5Ni2（x为Cr与Cu的摩尔比,分别为0、0.5、1.0、2.0）高熵合金,研究了合金在1mol/L H2SO4溶液中的耐腐蚀性能,并与S304不锈钢进行了比较。结果表明,合金中x=1.0或x=2.0时的腐蚀速率约为0.07mm/y,远低于x=0或x=0.5的合金及S304不锈钢,合金中x=0或x=0.5的腐蚀类型主要是沿晶腐蚀,而x=1.0或x=2.0的合金腐蚀类型主要是均匀腐蚀和点状腐蚀。x=0或x=0.5的合金中Cu、Nb、Mo的偏析程度较大,而x=1.0或x=2.0的合金中各元素分布相对均匀,因此原电池腐蚀程度相对较弱。极化腐蚀表明,x=2.0的合金具有最好的耐酸蚀性能,平均腐蚀速率仅为0.02mm/h,为S304不锈钢腐蚀速率的4%左右。
通过真空激光熔覆制备了AlCoCrCu0.5FeMoNiTi高熵合金涂层。用电阻炉对涂层进行500～900℃的退火处理。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计对涂层的组织结构和硬度进行了分析。结果表明,涂层为BCC结构,晶格常数a为0.291 nm。涂层经过抛光和王水腐蚀后,形貌为树枝晶特征,结晶细密。合金在500～900℃退火处理后仍保持BCC结构,未见有其他析出相,说明合金的具有很好的热稳定性。熔覆态合金的硬度达到1080 HV。经500℃退火后,涂层硬度下降了100 HV,但再升高退火温度,硬度变化极小,在900℃退火后,硬度仍然达到943 HV,说明AlCoCrCu0.5FeMoNiTi高熵合金涂层具有很好的抗高温软化性能。
采用真空电弧熔炼的方法制备了高熵合金Al0.5CoCrFeNiSi0.2。对其进行600℃到1100℃保温10h后淬水的淬火处理。通过金相显微镜、扫描电镜及附带的能谱仪、X射线衍射仪和透射电镜观察分析合金的组织结构。用显微硬度计测定合金的显微硬度。结果表明：铸态和淬火态的合金组织均呈典型的枝晶形貌,枝晶含有非晶相和纳米级颗粒。在淬火加热温度低于800℃时,随着淬火温度升高,晶粒细化、fcc相含量减少,硬度随淬火温度的升高而提高;当温度升高至900℃后,枝晶相长大,fcc相含量增加,大块枝晶中析出一种富含Al、Ni的θ相,硬度下降。
金月芽期刊网 2018当前位置：
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
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。
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－entropyalloys，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LiangbingHu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（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。来源：科技新报作者：Emma Lin
本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写，观点仅代表作者本人，不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题，请联系举报。
用户名/邮箱/手机：
忘记密码？
用其他账号登录： QQ
请输入评论
最新活动更多 &&
广东省/深圳市
广东省/深圳市
广东省/深圳市
北京市/海淀区
江苏省/无锡市
江苏省/无锡市
北京市/海淀区
北京市/海淀区
浙江省/金华市
浙江省/金华市
*文字标题：
*纠错内容：
联系邮箱：
*验 证 码：纳米材料的设计与开发是当今前沿科学研究的热点，光镊技术作为一种成熟的光学操控技术已经广泛应用于各种小尺寸材料乃至生物细胞的操控与研究当中。请问新型的热电纳米光镊技术与传统光镊技术相比，有何不同及优势？
纳米二氧化钛（TiO2）具有优异的光电特性，在光催化、新型太阳能电池等领域得到广泛的研究，然而却鲜有相关纳米TiO或者其他低价钛氧化物的合成及其物性探索方面的报道。那么请问纳米TiO如何制备？具有哪些新颖的性质？
Ti的低价氧化物一般要在真空下做，目前已知Ti2O3，Ti3O5（包括薄膜和体相）是超导，其他性质未注意观察。
根据成熟的溶剂热法合成纳米材料，所得到的颗粒尺寸过大，表面粗糙，怎样进一步控制粒径和使表面光滑
采用的是什么条件
摩擦纳米发电机可贴合在皮肤上，可适应人体各种运动并收集所产生的能量转换为电能，从而驱动柔性电子设备，是名副其实的“能源皮肤（Energy Skin）”。请问摩擦纳米发电机的基本原理是什么？
由于不同介电材料荷电能力不同，相互摩擦时会分别带上正电和负电荷;利用静电感应耦合效应可在相应电极表面诱导产生异号电荷，一旦电极与外电路连通，电荷移动产生电流。
金属或金属氧化物纳米粒子在催化、电浆子光学、生物成像等领域有着广泛的应用前景。将多种在常识中不能相容的元素在纳米尺度进行均匀的分散融合，制备出含有八种元素的单相固溶纳米颗粒——高熵合金（high entropy alloy）纳米颗粒，这将极大的拓展纳米材料领域的研究和应用范围。那么请问高熵合金纳米颗粒有哪些应用前景？
电化学催化，OER、HER、ORR
金属或金属氧化物纳米粒子在催化、电浆子光学、生物成像等领域有着广泛的应用前景。在很多情况下，多元金属纳米粒子往往具有比一元或者二元纳米粒子更加优异的性质。请问多元金属纳米颗粒在催化、储能、和影像等领域中有哪些潜在的应用优势？
在二军医大学核医学科关于显像有一定的学习和研究。目前在高校工作，也做一些关于显像剂的纳米粒子设计和实验，根据我的实验和经验，感觉多元金属纳米颗粒在影像领域中有较大的应用优势。例如金属钬元素，是自然界中顺磁性最强的元素，其和纳米四氧化三铁参杂的话，对于CT和PET-CT成像都是又一定的借鉴意义的。而且效果较好，实验图可以...显示全部
自组装是自然界中普遍存在的现象，基于纳米颗粒的自组装制备功能材料，尤其是具有响应性可逆的智能材料，一直是材料科学领域研究的热点。目前，响应性可逆纳米颗粒的自组装通常在液相条件下进行，需要溶液作为纳米颗粒自组装及再分散的介质。请问固相条件下纳米颗粒的可逆自组装的困难有哪些？
在生理病理条件下，如何控制组装，解组装
众所周知，纳米材料往往体现出与宏观本体材料迥异的性能。其中，具有空心结构的零维纳米材料不仅具有更大的比表面积，可进一步节省材料的投入，同时也表现出优异的特性。请问制备空心纳米结构有哪些方法？
1.模板法(硬，软模板)，2.利用柯肯达尔效应，3. Pearson 原理等等可合成空心纳米结构。
碳纳米管与玻碳电极混合超声后滴涂在玻碳电极上会发现碳管掉在了溶液里头，这是为什么呢？有什么办法解决吗？
由于上转换纳米颗粒（UCNPs）能够将具有良好组织穿透性的近红外光（NIR）转换成紫外或可见光，因此基于UCNPs的PDT体系在肿瘤诊疗领域表现出良好的应用前景。请问上转换纳米颗粒用于肿瘤诊疗的优点有哪些？
上转换发光是反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。上转化发光材料可以吸收两个或多个光子发射出比激发光波长更短的高能光子，...显示全部
有机共轭分子可通过简便的溶液法组装形成纳米线，具有一维弱散射电荷传输通道，在纳米电子器件中表现出非常重要的应用前景。请问有机纳米线在纳米电子器件中的应用前景有哪些？
当前临床上治疗肿瘤的传统方法都是直接切除或杀灭大部分的肿瘤细胞，没能改变肿瘤的微环境，复发以及转移率居高不下。因此，可以调节肿瘤微环境并对其响应的纳米药物载体在癌症治疗中具有广阔的应用前景。请问空心二氧化锰纳米药物载体在癌症治疗方面有哪些优点？
中国科学院上海硅酸盐研究所
个人感觉没有任何优势，二氧化锰的毒性太大（当然啦，这是我个人实验结果得出的～可能会有偏差吧），静脉注射会引起很大的潜在毒性～此外还要各种修饰～二氧化锰的稳定性这么好，其实很难实现什么所谓的微环境响应～到达肿瘤部位的量如此之少，但是现在各种文章却表现出各种好的治疗效果，其实验方法过程值得商榷～这些研究基本上是发表在材料或...显示全部
纳米材料被公认为可以给生物医学等众多领域带来革命性的变化。但与同为纳米尺度范围的天然蛋白质相比，纳米粒子的结构和功能仍然太过简单。据报道，研究人员在纳米粒子表面通过精确控制柔性基团的构象实现了类蛋白质功能，研制出纳米人工抗体。那么请问纳米人工抗体有哪些可能的应用？
铁电材料具有可控的极化转变性质，随着未来器件尺寸的小型化，要求铁电材料的尺寸和铁电薄膜的厚度越来越小。因此理解铁电材料中的极化对尺寸的依赖关系非常重要。请问铁电材料在纳米电子器件领域有哪些潜在的应用前景？
电致变色器件具有可控的颜色变化、成本低和低能耗等优势，在智能窗、防炫目后视镜、显示器等领域具有广阔的应用前景。请问基于纳米线共组装体的柔性电致变色器件有哪些优点？应用前景广阔的高熵合金_图文_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
应用前景广阔的高熵合金
阅读已结束，下载本文需要
想免费下载本文？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，同时保存到云知识，更方便管理
加入VIP
还剩1页未读，
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢