[发明专利]合金纳米颗粒及其制备方法和用途

说明书

本发明提供合金纳米颗粒及其制备方法和用途，所述制备方法包括：将用于形成合金纳米颗粒的母体材料作为两个电极，两个电极的一端均连入同一谐振电路，两个电极的另一端相对设置并形成间隙，在载气氛围下，两个电极之间间隙中载气被击穿产生振荡放电电流，所述电极中材料气固转化生成所述合金纳米颗粒。本发明提供一种打破金属混溶极限的普适性高且易操作的制备合金纳米颗粒的方法，该方法制备二元至多元高熵合金的纳米颗粒，纳米颗粒尺寸小于100nm。该方法经济简单，效率高，无废弃物产生，无需添加任何液态试剂或前驱体，适用于多种金属单原子、原子团簇、不互溶金属和高熵合金纳米颗粒以及非晶合金纳米颗粒的合成。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及合金纳米颗粒及其制备方法和用途。

背景技术

随着纳米科学在增材制造、催化、能源和环境等领域的发展，对于材料特性要求极高，多尺度的材料混合成为关键突破口，如高熵合金、非晶合金和不互溶金属所形成的合金。

高熵合金(High-entropy alloys，HEA)由多主元共同主导，其通常具有“四大效应”，即热力学上的“高熵效应”、动力学上的“迟滞扩散效应”、晶体学上的“晶格畸变效应”和性能上的“鸡尾酒效应”，由此，赋予了高熵合金极为优异的性能，如高强度、高韧性、耐高温、耐磨性、耐腐蚀和耐氧化性等。高熵合金具有的特性为其在功能材料中的应用提供了新理论支撑和新可能。

高熵合金目前主要的合成方法有真空熔炼法、粉末冶金、合金法、激光熔覆法等。这些方法所制备的一般是块体铸态高熵合金，难以应用于增材制造、催化、能源、环境等领域，而且制备过程相对复杂，成本较高。高熵合金的纳米颗粒化为新材料发展提供了基础构建块，高熵合金纳米颗粒制备难点主要在于各主元金属的物理化学性质差异较大，易出现相分离和颗粒尺度不均一，制备过程中复杂的热力学、动力学交互行为会导致非晶、成分不均匀、偏析等问题；且颗粒的碰并生长使其极易长大且具有一定随机性，导致尺寸均匀度低且难以控制。近来，研究者发展了碳热冲击法、电沉积法、磁控溅射法、蘸笔光刻法和快速移动床热解法等制备高熵合金纳米颗粒，这些方法可重复性不佳、操作繁琐、元素种类受限、容易氧化、纯度低、分散差、对基底材料特性依赖度高、组分和粒径无法有效控制等。

非晶合金(Amorphous Alloys)采用现代快速凝固冶金技术而成，兼有一般金属和玻璃优异的力学、物理和化学性能的新型材料。非晶合金也被称为金属玻璃或液态金属，其结构和成分比晶态合金更均匀，这使得它具有与传统金属材料不同的性能特点，例如软磁性、超导性、低磁损耗性、耐磨性、耐腐蚀性、高强度和高硬度等。传统非晶合金的制备方法有水淬法、铜模吸铸法、压力模型铸造法、气枪法、熔体旋转法、工作表面熔化与自淬火法、雾化法、玻璃包裹法、静电悬浮法和电磁悬浮法等，所制备的多为块体非晶合金或非晶合金薄膜，目前缺乏有效控制尺寸的非晶合金纳米颗粒的制备方法。

另外，对于金属之间任意组合所形成的合金和非晶合金，尤其是不互溶金属元素的二元合金，仍无有效的通用方法实现材料间的任意组合。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供合金纳米颗粒及其制备方法和用途，用于解决现有技术中合金的制备难题，并将之有效转化成纳米颗粒形式。

本申请技术方案中的合金包括但不限于不互溶元素形成的合金、高熵合金以及非晶合金。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明首先提供合金纳米颗粒的制备方法，将用于形成合金纳米颗粒的母体材料作为两个电极，两个电极的一端均连入同一谐振电路，两个所述电极的另一端相对设置并形成间隙，在载气氛围下，两个电极之间间隙中载气被击穿产生振荡放电电流，所述电极中材料气固转化生成所述合金纳米颗粒。

优选地，所述气固转化的过程为：母体材料升华并完成气相混合，混合蒸汽随即凝华成所述合金纳米颗粒。