合金纳米颗粒及其制备方法和用途技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。米颗粒以及非晶合金纳米颗粒的合成。

【技术实现步骤摘要】
合金纳米颗粒及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，特别是涉及合金纳米颗粒及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]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。
[0003]高熵合金(High
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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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。

技术实现思路

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术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。
[0008]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。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过以下技术方案获得的。
[0010]本专利技术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。
[0011]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。
[0012]优选地，所述母体材料中包含金属元素和/或非金属元素，所述金属材料中的金属元素选自镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、铪、钽、钨、铼、铱、铂、金、铅、铋和镓中的一种或多种；所述非金属元素选自硼、碳、硅和砷中的一种或多种。
[0013]优选地，所述母体材料选自所述金属元素形成的单质、所述金属元素形成的合金、非金属元素形成单质和非金属元素与所述金属元素形成的化合物中的一种或多种。
[0014]优选地，所述载气为氮气、惰性气体、氧气、氢气和氯气中的一种或多种。
[0015]优选地，所述谐振电路为并联型。
[0016]优选地，在产生放电时，两个电极之间的电势差为100～10000V或
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10000～
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100V。
[0017]优选地，所述载气的流动速度为0.1～100L/min。
[0018]本专利技术还公开了一种采用如上述所述的制备方法形成的合金纳米颗粒。
[0019]优选地，所述合金纳米颗粒的小于100nm。更优选地，所述合金纳米颗粒小于10nm。
[0020]本专利技术还公开了如上述所述的合金纳米颗粒形成在增材制造、新材料、催化或能源领域的用途。
[0021]本专利技术上述技术方案的有益效果为：
[0022]1)整个过程在常温常压气氛下进行，相对其他技术，设备小巧，操作简单，更具有普适性。
[0023]2)未引入任何液态溶剂，所得到的纳米颗粒纯度高，降低了成本，避免了后续纯化处理和杂质在应用中的负面影响。
[0024]3)可通过调整电路参数或/和母体材料配比控制金属元素任意比例的混合，即合金中的元素组分可在0～100％之间控制，相对其他技术，更加灵活简单。
[0025]4)可通过控制电路参数、气速和停留时间达到对颗粒尺寸的有效控制，且统一性高。
[0026]5)突破了其他方法中金属元素的限制，合成任意不互溶金属的合金纳米颗粒。
[0027]本专利技术提供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，所述合金纳米颗粒包括但不限于高熵合金、非晶合金和不互溶金属所形成的合金，该方法制备二元至多元高熵合金的纳米颗粒，其尺寸小于100nm。该方法经济简单，效率高，无废弃物产生，适用于多种金属单原子、原子团簇、不互溶金属和多组分高熵合金纳米颗粒以及非晶合金纳米颗粒的合成。
附图说明
[0028]图1显示为本专利技术实施例中构建的谐振电路的结构示意图，图1中图示标记如下：1
为电源，2为电容器，3为电感，41为电极一，42为电极二。
[0029]图2显示为本专利技术振荡放电形成合金纳米颗粒的历程。
[0030]图3显示为本专利技术中合金纳米颗粒在载气氛围中的动态粒径变化过程。
[0031]图4显示实施例1中制备的IrCu合金纳米颗粒的扫描透射电子显微镜(STEM)形貌图和能量色散X射线光谱仪(EDX)元素分布图。
[0032]图5显示为实施例2中制备的AuCuPd合金纳米颗粒的扫描透射电子显微镜(STEM)形貌图和能量色散X射线光谱仪(EDX)元素分布图。
[0033]图6显示为实施例3中制备的AgPdAuCu合金纳米颗粒的扫描透射电子显微镜(STEM)形貌图和能量色散X射线光谱仪(EDX)元素分布图。
[0034]图7显示为实施例4中制备的AuAgNiFeGr合金纳米颗粒的扫描透射电子显微镜(STEM)形貌图和能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，将用于形成合金纳米颗粒的母体材料作为两个电极，两个所述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，所述电极中母体材料气固转化成所述合金纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述母体材料中包含金属元素和/或非金属元素，所述金属元素选自镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、铪、钽、钨、铼、铱、铂、金、铅、铋和镓中的一种或多种；所述非金属元素选自硼、碳、硅和砷中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯继成，刘柄言，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：