Уникальный сплав: как ученые придумали необычный способ соединять металлы в нанокристаллы
Методика позволяет объединить два почти любых металла в новые типы «интерметаллических нанокристаллов», которые могут быть полезны для целого ряда приложений
Смешивание металлов в сплавах давно используется для точной настройки определенных свойств материалов, таких как проводимость и прочность, в зависимости от областей их применения. Эти области становятся шире, если из сплавов можно сформировать нанокристаллы, крошечные шарики из атомов, формирующие повторяющийся узор. Проблема в том, что стандартного способа изготовления этих интерметаллических соединений не существует, и поэтому на сегодняшний день было создано лишь несколько комбинаций из потенциальных десятков тысяч.
В рамках своего исследования инженеры ETH Zurich разработали методику создания подобных нанокристаллов, которая (по их словам) интуитивно проста и понятна. Она основана на амальгамировании, когда один твердый металл растворяется во втором, находящемся в жидкой форме, обычно с низкой температурой плавления (например, как у ртути).
Команда начала с нанокристаллов одного металла, к которым добавила молекулярные соединения, называемые амидами и содержащими второй металл, а затем нагрела смесь до 300 ° C. Это вызвало разрушение химических связей в амидах, в результате чего второй металл начал скапливаться на поверхности нанокристаллов в виде жидкости. Вскоре он просочился внутрь, образуя новую кристаллическую решетку, в которой атомы двух разных металлов были рассредоточены равномерно. Как только такая смесь остывает, она формирует новую интерметаллическую нанокристаллическую структуру.
«Мы поражены, насколько эффективно подобное объединение в наномасштабе», — заявил Максим Ярема, ведущий автор исследования. «Наличие одного жидкого металлического компонента — ключ к быстрому и равномерному легированию каждого нанокристалла».
Используя этот метод, команде удалось создать интерметаллические нанокристаллы, смешивая несколько разных пар металлов. Галлий был особо популярен благодаря своей низкой температуре плавления в 30 ° C, и в ходе работы инженеры опробовали его сочетание с золотом, серебром, медью, никелем и палладием. Последний также хорошо работал в качестве основы, и команда смешала его с индием и цинком.
Важно отметить, что, по словам исследователей, в этой технике можно использовать практически любые металлы, смешивать их в разных соотношениях и формировать нанокристаллы разного размера. Все это открывает широкий спектр применения нанокристаллов в качестве катализаторов, в аккумуляторах, устройствах хранения данных и других электронных компонентах.