纳米技术：科学家将不混合物混合在一起，形成了新的纳米粒子？
在纳米科学的“微小”领域取得巨大飞跃，多机构研究团队首先创造了由多达八种不同元素组成的纳米级粒子，这些元素通常被认为是不混溶的，或者不能混合或混合在一起。将多种不可混合的元素混合成统一的，均匀的纳米结构，称为高熵合金纳米粒子，极大地扩展了纳米材料的景观 - 以及我们可以用它们做些什么。
该研究在以前的努力方面取得了重大进展，这些努力通常产生仅限于三种不同元素的纳米颗粒和不均匀混合的结构。基本上，在纳米尺度上挤压和混合不同元素到单个颗粒是极其困难的。该团队包括马里兰大学帕克分校（UMD）的A. James Clark工程学院的首席研究人员。
“想象一下将纳米颗粒结合起来作为乐高积木的元素。如果你只有一到三种颜色和尺寸，那么你就受限于你可以使用的组合以及你可以组装的结构，”胡良兵副教授解释说。 UMD的材料科学与工程以及该论文的相应作者之一。“我们团队所做的事实上是纳米粒子合成中玩具箱的扩大;现在，我们能够制造几乎所有金属和半导体元素的纳米材料。”
研究人员表示，纳米科学的这一进步为广泛的应用开辟了广阔的机遇，包括催化（催化剂加速化学反应），储能（电池或超级电容器）和生物/等离子体成像等。
为了制造高熵合金纳米粒子，研究人员采用两步法进行闪光加热，然后进行闪蒸冷却。诸如铂，镍，铁，钴，金，铜等金属元素暴露于约3000华氏度的快速热冲击，或约为太阳温度的一半，持续0.055秒。极高的温度导致多种元素的均匀混合。随后的快速冷却（超过每秒100,000华氏度）使新混合的元素稳定成均匀的纳米材料。
“我们的方法很简单，但没有其他人应用于纳米粒子的创造。通过使用物理科学方法，而不是传统的化学方法，我们已经取得了前所未有的成果，”姚永刚博士说。UMD的学生和该论文的主要作者之一。
为了证明纳米粒子的一种潜在用途，研究团队将它们用作氨氧化的先进催化剂，这是生产硝酸的关键步骤（硝酸用于生产硝酸铵用于肥料，制造塑料的液态酸） ，以及染料的制造）。使用高熵合金纳米粒子，它们能够实现100％的氨氧化和99％的选择性，证明了它们作为高效催化剂的能力。
姚明说，纳米粒子作为催化剂的另一种潜在用途可能是用二氧化碳生成化学品或燃料。
“高熵合金纳米粒子的潜在应用并不局限于催化领域。随着跨学科的好奇心，这些粒子的应用将变得更加广泛，”史蒂文D.莱西博士说。UMD的学生，也是该论文的主要作者之一。
这项研究是通过马里兰大学帕克分校胡良兵教授的多机构合作进行的;伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar教授;麻利理工学院Ju Li教授;约翰霍普金斯大学王超教授;以及马里兰大学帕克分校的Michael Zachariah教授。
“这是相当惊人的;胡博士创造性地提出了这种强大的技术，碳热冲击合成，在单个纳米粒子中生产多达八种不同元素的高熵合金。这对于散装材料合成来说确实是不可想象的。这是另一个美丽的纳米科学的例子，“Peidong Yang，加州大学伯克利分校的SK和Angela Chan杰出的能源教授和化学教授，以及美国艺术与科学学院的成员。
“这一发现开辟了许多新方向。有模拟机会可以了解各种成分和相对于下一代催化剂设计非常重要的电子结构。同时，找到合成路线，成分，相结构和性能之间的相关性Argonne杰出研究员，阿贡国家实验室能量储存研究联合中心主任乔治克拉布特里说，这是一种向导向合成的范式转变。
