Учёные под руководством исследователей из Университета в Буффало разработали инновационный метод, позволяющий получать сложные металлические наночастицы всего за несколько миллисекунд. По словам авторов, эта технология значительно ускоряет процесс создания и тестирования перспективных материалов для нужд энергетики и электроники по сравнению с традиционными методами синтеза.
Исследование сосредоточено на так называемых высокоэнтропийных сплавах. В отличие от обычных материалов, где основу составляет один металл с минимальными добавками, эти сплавы содержат пять и более элементов, смешанных в примерно равных долях. Такой подход открывает доступ к миллионам уникальных комбинаций, что значительно расширяет диапазон свойств материалов по сравнению с классическими сплавами.
Новая технология базируется на аэрозольном методе синтеза. Процесс заключается в распылении жидких соединений металлов в потоке водорода с последующим воздействием высоких температур. В таких условиях формирование наночастиц происходит за доли секунды. Подобная скорость предотвращает слипание частиц и их неконтролируемый рост, что критически важно для катализаторов, эффективность которых напрямую зависит от однородности и компактности структуры.
Авторы отмечают, что, хотя аэрозольные методы ранее применялись для создания керамических материалов и оксидов металлов, их работа стала первым случаем адаптации этой технологии для оперативного синтеза высокоэнтропийных металлических наносплавов.
Для проверки жизнеспособности метода исследователи создали несколько вариантов многокомпонентных наносплавов и протестировали их в реакции окисления водорода. Этот процесс является фундаментальным для работы водородных топливных элементов. Результаты показали, что один из созданных пятикомпонентных сплавов превзошел по эффективности ряд коммерческих аналогов, существующих на рынке.
Данное открытие имеет стратегическое значение для водородной энергетики. Современные катализаторы зачастую базируются на платине или иридие, стоимость которых крайне высока. Новая методика дает возможность комбинировать большее число доступных элементов, что позволяет создавать эффективные материалы без использования дорогостоящих драгоценных металлов.
Потенциал высокоэнтропийных наносплавов выходит далеко за рамки топливных элементов. Они могут найти применение в производстве аккумуляторов, сенсоров, термоэлектрических устройств, преобразующих тепло в электричество, и широкого спектра компонентов для электроники.
В ближайшем будущем команда планирует автоматизировать процесс поиска новых катализаторов. Для этого метод синтеза будет интегрирован с компьютерным моделированием, системами экспресс-тестирования и технологиями искусственного интеллекта. Если интеграция пройдет успешно, цикл разработки новых материалов сократится с нескольких лет до недель или даже считанных дней.
