由两种金属的汞齐制成的纳米晶体

ETH 的研究人员已经成功地使用液态金属穿透固态金属的汞齐工艺生产了由两种不同金属制成的纳米晶体。这种新的、令人惊讶的直观技术使得生产大量金属间纳米晶体成为可能，这些纳米晶体具有适合不同应用的定制特性。

纳米晶体是由规则排列的原子组成的纳米级球体。由于它们的优势特性，它们在多项技术中处于上升趋势。例如，半导体纳米晶体用于新一代电视屏幕。最近，所谓的金属间纳米晶体，其中两种不同的金属结合形成晶格，因其有望改进和独特的应用而闻名。这些应用范围从催化到数据存储和医学。

理论上，有成千上万种可能的金属组合可以构成这种纳米晶体，并具有相应大量不同的材料特性。然而，到目前为止，只有少数这样的配对才能制造出纳米晶体。由电子研究所的 Maksym Yarema 和 Vanessa Wood 领导的苏黎世联邦理工学院的一组研究人员现在开发了一种新技术，原则上可以实现几乎所有可能的金属间纳米晶体组合。他们的研究结果最近发表在科学期刊《科学进展》上。

令人惊讶的直观方法

“我们的方法简单而直观——事实上，如此直观，以至于我们惊讶于在我们之前没有人有这个想法，”Yarema 说。在生产由单一金属制成的纳米晶体的常规程序中，金属原子以分子形式，例如作为盐，引入溶液中，然后在其中形成纳米晶体。“理论上，这也可以用两种不同的金属来完成，但实际上，在反应器中结合明显不同的金属是困难的，甚至是不可能的，”Yarema 解释说。因此，ETH 科学家采用了一种已经使用了几个世纪的程序：合并，一种特殊的熔化或混合金属。

液态金属

汞合金在牙科领域尤其出名，它们被用作填充材料，也来自金矿。在这两种情况下，都添加液态汞以溶解其他金属(对于牙齿​​填充物，铜、锌和银的混合物)。然而，汞齐化也适用于任何其他液态金属。除了即使在室温下也是液态的汞之外，还有许多熔点相对较低的金属，例如镓(30 摄氏度)、铟(157 度)或锡(232 度)。

纳米晶体的汞齐化方法

Yarema 和他的同事使用纳米级的合并方法。该反应从含有单一金属(例如银)的纳米晶体的分散开始。然后，第二种金属的原子——比如镓——以分子形式加入(在这种情况下作为酰胺，一种碳、氢和氮的化合物)，同时将混合物加热到 300 度左右。

最初，高温导致镓-酰胺中的化学键断裂，使液态镓积聚在银纳米晶体上。现在，实际的汞齐化过程开始了，在此期间液态镓会渗入固态银中。随着时间的推移，新的晶格形成，最终银和镓原子规则排列。然后一切再次冷却，十分钟后纳米晶体就准备好了。“我们对纳米级的汞齐化效率感到惊讶。拥有一种液态金属成分是每个纳米晶体内快速均匀合金化的关键，”Yarema 说。

可控过程

使用相同的技术，研究人员已经生产了不同的金属间纳米晶体，如金-镓、铜-镓和钯-锌。合并过程本身可以被精确控制。通过作为酰胺引入溶液中的仲原子的数量，可以精确控制纳米晶体中金属的比例。以金镓(化学符号 Au 和 Ga)为例，研究人员表明，通过这种方式可以生产出比例非常不同的纳米晶体，例如 1:2 (AuGa 2 )、1:1 (AuGa) 或 7 :2 (Au 7 Ga 2 )。最终的金属间化合物纳米晶体的尺寸也可以从初始纳米晶体的尺寸和由于第二个纳米晶体的尺寸增加而精确预测。金属。

为应用量身定制的纳米晶体

由于纳米晶体的组成和尺寸的精确可控性以及几乎随意组合金属的可能性，研究人员预计技术应用的巨大潜力。“由于纳米晶体的汞齐合成能够产生如此多的新组合物，我们迫不及待地想看到它们在改进的催化、等离子体或锂离子电池中发挥作用，”Yarema 说。例如，由纳米晶体制成的催化剂可以针对它们应该加速的特定化学过程进行精确定制和优化。

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