Группа исследователей из Университета Буффало создала методику, позволяющую формировать сложные металлосодержащие частицы размером в несколько миллиардных долей метра всего за доли секунды. Разработчики утверждают, что новая методика существенно ускоряет процесс создания и проверки многообещающих материалов для энергетической отрасли и электроники по сравнению с существующими подходами.

Исследование сосредоточено на высокоэнтропийных сплавах – материалах, которые не состоят из одного металла с небольшими добавками, а объединяют в себе пять или более элементов практически в равном соотношении. Данная стратегия значительно расширяет диапазон возможных комбинаций составов. В то время как традиционные сплавы изучаются при относительно узком спектре композиций, высокоэнтропийные материалы предоставляют миллионы потенциальных вариантов с уникальными характеристиками.

Принципы новой технологии базируются на использовании аэрозольного метода синтеза. Специалисты распыляют жидкие металлические соединения в потоке водорода и нагревают их до высоких температур, что приводит к образованию частиц за очень короткое время – порядка тысячных долей секунды. Такая высокая скорость предотвращает их слияние и увеличение размеров, что критически важно для катализаторов, поскольку эффективность этих веществ напрямую связана с величиной и равномерностью составляющих их элементов.

В публикации отмечается, что ранее аэрозольные методы в основном применялись для изготовления оксидов металлов и других керамических материалов. В рамках данного исследования эту технологию впервые модифицировали для оперативного производства высокоэнтропийных металлических наносплавов.

Специалисты создали серию многослойных наноструктур и изучили их поведение в ходе окисления водорода – важнейшей стадии функционирования топливного элемента. Один из сплавов, состоящий из пяти компонентов, продемонстрировал лучшие показатели по сравнению с некоторыми распространенными промышленными катализаторами.

Данное достижение имеет большое значение для развития энергетики на основе водорода. В настоящее время в качестве каталитиков нередко применяются платина, иридий и другие редкие металлы, цена которых сопоставима с ценой золота, что существенно влияет на общую стоимость технологий. Создание сплавов из большего числа элементов увеличивает шансы на получение высокоэффективных материалов, при этом более доступных по цене.

Исследователи подчеркивают, что потенциал применения хаотичных нанокомпозитов не ограничивается только топливными элементами. Данные материалы могут быть использованы в литий-ионных батареях, сенсорах, термоэлектрических генераторах – устройствах для преобразования тепловой энергии в электрическую – и во множестве электронных устройств.

В дальнейшем планируется автоматизировать процесс поиска новых катализаторов. Для этого ученые намерены объединить разработанную технологию синтеза с компьютерными расчетами, системами оперативного тестирования и методами искусственного интеллекта. Если этот подход окажется результативным, то время на поиск инновационных материалов может сократиться от нескольких лет до нескольких недель или даже дней.