[發明專利]一種極度混溶的21元高熵合金納米顆粒及其制備方法

有效

• 申請號: 202111360437.2
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114210964B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 張雪峰;李逸興;廖怡君;張政宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22F1/054
• 分類號: B22F1/054;B22F1/145;B22F9/14;B82Y30/00;B82Y40/00;C22C30/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發明公開了一種極度混溶的21元高熵合金納米顆粒及其制備方法，屬于高熵合金納米顆粒制備技術領域。該高熵合金納米顆粒包含的21種主要元素為：鐵、鈷、鎳、鈦、釩、鉻、銅、鋁、釔、鈮、鉬、鉭、鎢、鋅、鎘、鉛、鉍、銀、銦、錳、錫，每種元素的原子百分比成分范圍為1％?10％。本發明直接制得沒有載體的純高熵合金納米顆粒，并且通過調控原料配比實現了高熵合金納米顆粒的組分可調，制備工藝簡單，生產效率高，易于工業化批量生產，能作為制備高熵合金納米顆粒的普適方法；同時，制備的極度混溶的21元高熵合金納米顆粒均勻性好、合格率高，在光熱轉換、催化、儲能、電磁波吸收等領域具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明屬于高熵合金納米顆粒制備技術領域，具體涉及一種極度混溶的21元高熵合金納米顆粒及其制備方法。

背景技術

將多種金屬元素結合到一起的合金化過程是強化各元素相互作用、實現材料性能可調的簡單而高效的方法。與傳統合金相比，高熵合金由于其獨特的結構組成而具有高強度、高硬度、良好的抗氧化性、耐高溫和耐腐蝕性等綜合特性，因此將在增材制造、航空航天、先進核能等領域廣泛應用。

由于高熵合金良好的力學和機械性能，進一步開發納米級高熵合金顆粒以實現其在光熱轉換、催化、儲能、電磁波吸收等功能性領域的應用具有重大意義。然而，將多種非混相元素穩定可控地結合到一個納米顆粒中挑戰巨大。例如，目前納米合金顆粒的主要制備方法是濕化學法，但是該方法通常的合金化成分不超過三種元素；中國專利CN202010531473.X提供了一種碳負載納米高熵合金顆粒復合材料的制備方法，具體是采用金屬絡合物聚合反應得到含有多元金屬離子的有機網絡前驅體，隨后經過高溫還原反應得到碳負載納米高熵合金顆粒復合材料，該方法雖然可以得到純度高、組分可調的高熵合金納米顆粒，但是其所能合金化的元素種類較少(5-11種)，制備過程較為復雜，且制得的合金顆粒負載在碳材料上，限制了其應用空間；最近，美國馬里蘭大學胡良兵團隊(Matter 4,2340-2353(2021))采用碳熱沖擊方法成功在碳納米纖維上負載15元高熵合金納米顆粒，但是該方法同樣只能負載在碳基材料上，且需要定制價格昂貴的專用設備，難以大規模生產和應用。

綜上所述，制備具有組分較多、混合熵較大的高熵合金納米顆粒對擴展納米合金材料庫、實現其在功能性方面的突破具有重大意義；同時，制備工藝應該簡單易生產、制備成本應該較低，制備方法應該具有普適性，以實現工業化生產制備和應用。

發明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種極度混溶的21元高熵合金納米顆粒及其制備方法，該方法根據各金屬元素蒸汽壓的差異對原料配比進行調控，通過電弧放電和液氮冷卻過程進行快速升溫和過冷，最終成功將21種主要元素穩定結合到一個納米顆粒中。該極度混溶的21元高熵合金納米顆粒在光熱轉換、催化、儲能、電磁波吸收等領域表現出優異的特性。

本發明的技術方案為：

一種極度混溶的21元高熵合金納米顆粒，該極度混溶的高熵合金納米顆粒包含的21種主要元素為：鐵、鈷、鎳、鈦、釩、鉻、銅、鋁、釔、鈮、鉬、鉭、鎢、鋅、鎘、鉛、鉍、銀、銦、錳、錫，每種元素的原子百分比成分為1％-10％。

進一步地，該極度混溶的21元高熵合金納米顆粒晶體結構是簡單固溶體結構。

進一步地，該極度混溶的21元高熵合金納米顆粒的混合熵大于等于18.0J/mol/K。

進一步地，該極度混溶的21元高熵合金納米顆粒的粒徑為10-500nm。上述極度混溶的21元高熵合金納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：