Engineering van een atomaire rangschikking met meerdere elementen

Voor de eerste keer heeft een onderzoeksgroep aan de Universiteit van Maryland (UMD) via een nieuwe multi-principal element intermetallics (MPEI’s) met maximaal acht metalen – volledig verstoken van deeltjesgroei of fasescheiding – de enkelfasige nanoschaal multi-principal element intermetallics (MPEI’s) aangetoond. -element wanorde-naar-orde-strategie. Deze benadering demonstreert een algemene strategie voor het synthetiseren van MPEI-nanodeeltjes, niet alleen een stap in de richting van octonaire intermetallische stoffen, maar maakt ook de synthese van MPEI’s op nanoschaal mogelijk.

Nano-MPEI’s zijn intermetallische verbindingen – met een diameter van ongeveer 4-5 nanometer – die zijn samengesteld uit metalen uit meerdere elementen in bepaalde verhoudingen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld legeringen, die variabele verhoudingen hebben. De eigenschappen en kristalstructuur gevormd door deze intermetallische verbindingen verschillen van de bestanddelen ervan.

De studie, geleid door Liangbing Hu, Herbert Rabin Distinguished Professor of Materials Science and Engineering (MSE) aan de University of Maryland (UMD) en directeur van het Center for Materials Innovation (CMI) – werd gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang op 28 januari 2022. Mingjin Cui, een voormalig MSE-faculteitsassistent bij UMD, was de eerste auteur van het onderzoekspaper.

“Het nauwkeurig controleren van de atomaire ordening in nanodeeltjes is een grote uitdaging”, zei Hu. “We hebben de multi-elementair geordende intermetallische nanodeeltjes bereikt door een unieke wanorde-naar-orde overgangsstrategie. De strategie kan worden uitgebreid om een ​​combinatorische bibliotheek van intermetallische nanomaterialen te produceren die nieuwe eigenschappen en toepassingen kunnen hebben.”

Om dit te bereiken, verwarmde de groep snel metaal-zoutprecursoren op een koolstofsubstraat tot 1100 K. Eenmaal afgekoeld, verwarmden ze de nanodeeltjes opnieuw gedurende vijf minuten, opnieuw op 1100 K, om atomaire herschikking aan te moedigen (waardoor ervoor gezorgd werd dat de elementen in de juiste volgorde zouden vallen ), die plaats maakte voor een stabielere MPEI-regeling. Vervolgens werden de elementen snel afgekoeld. Het resultaat waren MPEI-nanodeeltjes met een intermetallische structuur met meerdere elementen.

“Wat dit werk speciaal maakt, is dat de nano-MPEI’s in dit geval een hoge activiteit en stabiliteit in katalyse vertonen”, zei Cui. “Nano-MPEI’s zijn niet eerder bereikt door traditionele natte chemie of langdurige sinterprocessen.”

Dit proces kan niet alleen toepassingen in katalyse, magnetisme en supergeleiders ondersteunen, maar de groep verwacht ook een bibliotheek te creëren van MPEI’s van nanodeeltjes, die mogelijk plaats kunnen maken voor een nieuwe grens van intermetallisch onderzoek en toepassingen.