清華大學建立全球首個高熵合金奈米晶體資料庫

(SeaPRwire) –   新竹，台灣，2024年11月20日 — 多種金屬元素混合的高熵合金奈米晶體已成為材料研究領域的新星，但科學家尚未確定不同元素的最佳比例以及如何均勻混合它們。

然而，台灣國立清華大學（NTHU）化學工程系楊 Tung-Han 副教授領導的研究團隊最近找到一種利用「逐滴添加」方法控制晶體生長的方法。該團隊還建立了全球第一個高熵合金奈米晶體資料庫，這可以比作一本客製化數千種高熵材料組合的食譜，讓合成新的高熵合金更具預測性且有效控制。

國立清華大學（NTHU）材料科學與工程系葉 JW 教授於 2004 年首次提出高熵合金理論，此後世界各地的許多研究人員開始專注於這個新領域。高熵意味著高度無序，高熵合金是五種或五種以上不同金屬的混合物。確定哪些金屬可以成功混合的過程極具挑戰性，就像使用驗血來確定一個人的血緣關係一樣。

楊教授表示，隨著尺寸縮小技術的發展，高熵材料已進展到奈米尺度。由於其更大的表面積和更好的催化性能，高熵奈米晶體可以以幾乎無限多種方式組合。然而，由於高熵奈米晶體的元素組成複雜，調節混溶性和表面排列以提高催化性能具有挑戰性，解決這個問題是該團隊研究的重點。

該團隊開發了一種方法，類似於珍珠的珠核不斷包裹著珍珠層形成養殖珍珠的方式。例如，以鈀為晶核，當將鐵、鈷、鎳、鉑、銠、釕、銥等液態金屬離子逐滴添加到浸在還原劑中的晶核時，就會生長出一層外延原子。以這種方式生產高熵合金奈米晶體，不僅可以控制原子排列成蜂巢狀和方形陣列，還可以將晶體堆疊成金字塔、立方體和八面體等形狀。

團隊成員開玩笑說，貓糧是這種晶體生長技術的靈感來源。這是因為挑剔的貓更喜歡罐頭食品而不是乾糧，唯一讓它們吃乾糧的方法是均勻地塗上罐頭食品中那種糊狀的物質。同樣地，在進行研究時，他們必須不斷調整晶體的比例，並找到一種方法將它們均勻地包裹成特定的形狀。

楊教授表示，在國家同步輻射研究中心進行了光譜分析和顯微分析，以確認他們的逐滴添加技術均勻地堆疊了金屬原子。當這種催化劑用於水解制氫時，效率提高了一倍，這為可再生能源的發展和淨零排放目標帶來了希望。

在結構控制技術取得突破性成果後，該團隊建立了全球第一個具有可控晶面結構的高熵奈米晶體資料庫，其中包含數十種新型奈米晶體，並已連續兩年發表在《科學進展》(Science Advances)期刊上。資料庫項目的貢獻者之一是化學工程系林 Kun-Han 副教授，他領導的理論計算團隊利用模擬來確定最佳金屬成分和晶面，並預測新材料的性能。

林教授表示，雖然計算模型無法考慮所有可能的實驗變量，但他們的發現已經通過實驗驗證，並將透過進一步的密切合作，預期未來能達到更高的研究效率。

聯絡方式：

Holly Hsueh

NTHU

(886)3-5162006

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