Инженеры ETH Zurich разработали новый, удивительно простой метод объединения двух металлов в одну нанокристаллическую структуру. Команда говорит, что это может позволить объединить почти любые два металла, создавая совершенно новые типы «интерметаллических нанокристаллов», которые могут быть полезны для целого ряда приложений.
Смешивание металлов в сплавах уже давно используется для точной настройки определенных свойств, таких как проводимость и прочность, в зависимости от того, для чего они нужны. Возможности применения станут шире, если сплавы превратить в нанокристаллы, крошечные шарики атомов, расположенные в повторяющемся узоре. Проблема в том, что не существует стандартного способа изготовления этих интерметаллических нанокристаллов, и поэтому пока создано лишь несколько комбинаций из потенциально десятков тысяч.
Для нового исследования инженеры ETH Zurich нашли новый способ создания интерметаллических нанокристаллов, который, по их словам, настолько интуитивно понятен, что они были удивлены, что никто не пробовал его раньше. Он основан на амальгамировании, когда один твердый металл растворяется во втором, находящемся в жидкой форме, обычно с низкой температурой плавления, как у ртути.
В этом исследовании команда начала с нанокристаллов одного из металлов, добавляя молекулярные соединения, называемые амидами, содержащими второй металл, а затем нагревая смесь до 300°C. Это вызывает разрушение химических связей в амиде, и этот второй металл собирается в виде жидкости на поверхности нанокристаллов. Вскоре он просачивается внутрь, образуя новую кристаллическую решетку, в которой атомы двух разных металлов становятся равномерно рассредоточенными. Как только это остынет, интерметаллический нанокристалл готов.
Вверху: иллюстрации, изображающие технику амальгамирования, когда жидкий металл окружает твердые нанокристаллы второго металла, и в конечном итоге атомы становятся равномерно расположенными. Внизу: изображения этого процесса в действии, полученные с помощью электронного микроскопа. Фото: Chemistry and Materials Design group
«Мы поражены, насколько эффективно объединение в наномасштабе», - говорит Максим Ярема, ведущий автор исследования. «Наличие одного жидкого металлического компонента - ключ к быстрому и равномерному легированию в каждом нанокристалле».
Используя этот метод, команде удалось создать интерметаллические нанокристаллы, смешивая несколько разных пар металлов. Галлий был популярен благодаря своей низкой температуре плавления 30°C, и в этом исследовании он сочетался 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 команда говорит, что в этой технике можно использовать практически любые металлы, смешивать их в разных соотношениях и формировать нанокристаллы разного размера. Все это открывает широкий спектр применения в качестве катализаторов, в аккумуляторах, устройствах хранения данных и других электронных компонентах.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Источник: ETH Zurich