納米科學突破！科學家首將 8 種元素合成高熵合金納米粒子

【Technews科技新報】納米科學領域的巨大突破！美國科學家們首次成功將高達 8 種平常根本不能混合的金屬元素結合形成均勻的納米結構，稱為高熵合金納米粒子。這有多厲害？以前科學家從未成功製造出結合 3 種以上元素的納米粒子。

過去科學家不太相信可以將多種元素壓縮形成單一材料，要將不同元素混合擠壓成單個粒子非常困難，但來自馬里蘭大學、麻省理工學院、伊利諾伊大學芝加哥分校和約翰·霍普金斯大學的研究人員已經證明，他們能將多達 8 種不同的金屬元素結合形成晶體結構均勻的高熵合金納米粒子。

你可以想像由不同元素結合形成的納米粒子就像樂高玩具，如果你只有 3 種顏色或尺寸的元素，最後完成的組合與結構也受限於某幾種形式。但由 8 種金屬元素製成的納米粒子就好比將玩具箱擴大好幾倍，你可以在其中自由創造更多元的玩具組合。

而高熵合金（High-entropy alloys，縮寫 HEA），是由 5 種或 5 種以上等量、大約等量金屬形成的合金，由於可能具備許多理想性質，故在材料科學工程上受到相當程度的重視。以往合金中主要的金屬成份可能只有 1～2 種，例如以鐵為基礎，再加入一些微量元素來提升其特性，所得就是以鐵為主的合金。高熵合金和一般合金不同，結合多種金屬但不會脆化。

研究由馬里蘭大學材料科學與工程系助理教授 Liangbing Hu 領導，他表示，這種新型高熵納米粒子應用領域極廣，特別是新興能源環境技術的催化劑，以及儲能（電池或超級電容器）、生物 / 電漿成像。

高熵合金納米粒子製造過程採用先瞬間加熱、後瞬間冷卻的兩步法，將鉑、鈷、鎳、銅、鐵、鈀、金、錫等金屬元素暴露於約 3,000℉（約 1650℃）溫度下 0.055 秒，讓元素均勻混合，隨後瞬間冷卻讓元素穩定形成獨特的納米材料，它們彼此相鄰，比如鎳原子旁邊依序挨著金原子、銅原子、鉑原子。這樣的物理方法很簡單，只是沒有人將之應用於製造納米粒子。

（Source：馬里蘭大學）

為了摸索新型納米粒子的潛在用途，研究人員將之用作氨氧化（ammonia oxidation）反應的先進催化劑，結果證實它們擁有高效催化劑性能，氨氧化反應達 100%。

事實上，這東西太新了，連研究人員也不確定能運用這種高熵合金納米粒子的所有領域，材料科學教科書上最多只討論由 3 種不同元素構成的合金用途。論文發布在《科學》期刊。

（首圖僅為概念圖，來源：pixabay）

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