[发明专利]一种极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒及其制备方法，属于高熵合金纳米颗粒制备技术领域。该高熵合金纳米颗粒包含的21种主要元素为：铁、钴、镍、钛、钒、铬、铜、铝、钇、铌、钼、钽、钨、锌、镉、铅、铋、银、铟、锰、锡，每种元素的原子百分比成分范围为1％‑10％。本发明直接制得没有载体的纯高熵合金纳米颗粒，并且通过调控原料配比实现了高熵合金纳米颗粒的组分可调，制备工艺简单，生产效率高，易于工业化批量生产，能作为制备高熵合金纳米颗粒的普适方法；同时，制备的极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒均匀性好、合格率高，在光热转换、催化、储能、电磁波吸收等领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于高熵合金纳米颗粒制备技术领域，具体涉及一种极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

将多种金属元素结合到一起的合金化过程是强化各元素相互作用、实现材料性能可调的简单而高效的方法。与传统合金相比，高熵合金由于其独特的结构组成而具有高强度、高硬度、良好的抗氧化性、耐高温和耐腐蚀性等综合特性，因此将在增材制造、航空航天、先进核能等领域广泛应用。

由于高熵合金良好的力学和机械性能，进一步开发纳米级高熵合金颗粒以实现其在光热转换、催化、储能、电磁波吸收等功能性领域的应用具有重大意义。然而，将多种非混相元素稳定可控地结合到一个纳米颗粒中挑战巨大。例如，目前纳米合金颗粒的主要制备方法是湿化学法，但是该方法通常的合金化成分不超过三种元素；中国专利CN202010531473.X提供了一种碳负载纳米高熵合金颗粒复合材料的制备方法，具体是采用金属络合物聚合反应得到含有多元金属离子的有机网络前驱体，随后经过高温还原反应得到碳负载纳米高熵合金颗粒复合材料，该方法虽然可以得到纯度高、组分可调的高熵合金纳米颗粒，但是其所能合金化的元素种类较少(5-11种)，制备过程较为复杂，且制得的合金颗粒负载在碳材料上，限制了其应用空间；最近，美国马里兰大学胡良兵团队(Matter 4,2340-2353(2021))采用碳热冲击方法成功在碳纳米纤维上负载15元高熵合金纳米颗粒，但是该方法同样只能负载在碳基材料上，且需要定制价格昂贵的专用设备，难以大规模生产和应用。

综上所述，制备具有组分较多、混合熵较大的高熵合金纳米颗粒对扩展纳米合金材料库、实现其在功能性方面的突破具有重大意义；同时，制备工艺应该简单易生产、制备成本应该较低，制备方法应该具有普适性，以实现工业化生产制备和应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒及其制备方法，该方法根据各金属元素蒸汽压的差异对原料配比进行调控，通过电弧放电和液氮冷却过程进行快速升温和过冷，最终成功将21种主要元素稳定结合到一个纳米颗粒中。该极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒在光热转换、催化、储能、电磁波吸收等领域表现出优异的特性。

本发明的技术方案为：

一种极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒，该极度混溶的高熵合金纳米颗粒包含的21种主要元素为：铁、钴、镍、钛、钒、铬、铜、铝、钇、铌、钼、钽、钨、锌、镉、铅、铋、银、铟、锰、锡，每种元素的原子百分比成分为1％-10％。

进一步地，该极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒晶体结构是简单固溶体结构。

进一步地，该极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒的混合熵大于等于18.0J/mol/K。

进一步地，该极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒的粒径为10-500nm。上述极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：