Традиционно учёные-материаловеды не предпринимали серьёзных попыток создать сплавы, содержащие более трёх элементов, из-за стремления атомов каждого элемента к слипанию. Учёные к тому же предполагали, что такие многоэлементные материалы не будут иметь каких-либо полезных применений в реальном мире.
Но теперь, используя технологию улучшенной просвечивающей электронной микроскопии, исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго доказали, что несколько элементов, которые никогда раньше не могли создать единый материал, могут соединиться в гомогенный сплав. Исследователям удалось сформировать наночастицы — крошечные сферы размером не более 100 нанометров — с однородной кристаллической структурой, состоящих из 8 химических элементов.
Такие наночастицы известны как высокоэнтропийные сплавы. Создаваемые таким образом высокоэнтропийные наночастицы могут найти применение в широком спектре производств, особенно в качестве катализаторов в новых энергетических и экологических технологиях.
Ученые из Мэриленда использовали двухступенчатый процесс, который включал в себя короткий тепловой удар, а затем быстрое охлаждение, чтобы получить ионы различных элементов, которые обычно не образуют сплавов для смешивания, и последующая стабилизация сплава в кристаллические наночастицы. Во время быстрой фазы охлаждения ионы образуют единый твёрдый кристалл, который представляет собой однородную смесь нескольких элементов.
Чтобы подтвердить однородность наночастиц, исследователи использовали улучшенную просвечивающую электронную микроскопию для получения изображения кристаллов и идентификации отдельных атомов. Они смогли определить, что на атомном уровне их наночастицы состояли из гомогенных смесей различных комбинаций платины, кобальта, никеля, меди, железа, палладия и золота.
Но на самом деле даже исследователи действительно не знают, каким образом эти наночастицы могут быть использованы, потому что их раньше никто и никогда не мог сделать в любом виде.
Учебники по материаловедению обсуждают только сплавы, состоящие, максимум из трёх разных химических элементов поэтому наука в данном случае действительно продвинулась вперед.
Учёные из Университета Джона Хопкинса смогли продемонстрировать одну сферу применения наночастиц. Они использовали их в качестве эффективных катализаторов окисления аммиака, что является ключевым этапом в производстве азотной кислоты. Они смогли достичь 100-процентного окисления аммиака с помощью частиц, доказав их способность применяться в качестве полезных катализаторов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.